size_t 的大小和对齐方式是否与 ptrdiff_t 相同？答案

【问题标题】：Does size_t have the same size and alignment as ptrdiff_t?size_t 的大小和对齐方式是否与 ptrdiff_t 相同？
【发布时间】：2020-09-08 03:56:15
【问题描述】：

在我的平台上（我认为在大多数平台上）std::size_t 和 std::ptrdiff_t 具有相同的大小和相同的对齐方式。有没有不正确的平台？简而言之：是标准要求的吗？

【问题讨论】：

标签： c++ language-lawyer size-t ptrdiff-t

【解决方案1】：

简而言之：是标准要求的吗？

没有。唯一的要求来自[support.types.layout]/2，它是：

ptrdiff_t 类型是实现定义的有符号整数类型，可以保存数组对象中两个下标的差异，如 [expr.add] 中所述。

有paragraph 4

[ 注意：建议实现为 ptrdiff_t 和 size_t 选择整数转换等级不大于signed long int 的类型，除非需要更大的大小来包含所有可能的值。 ——尾注]

但注释是非规范性的，它只是一个建议，而不是要求。

std::size_t 定义为

类型 size_t 是实现定义的无符号整数类型，它大到足以包含任何对象 ([expr.sizeof]) 的大小（以字节为单位）。

在paragraph 3中，也没有要求必须相同。

【讨论】：

您可能还需要注意size_t 的要求，它紧跟在您为ptrdiff_t 链接的要求之后。
@Peter 已添加到答案中
ptrdiff_t 不是size_t 的签名版本在哪个平台上？
@MaximEgorushkin AFAIK，没有。也就是说，不能保证适用于所有系统。
16 位系统（没有庞大的代码模型）呢？在这种情况下，size_t 自然是 16 位，但您希望 ptrdiff_t 更大，以便您可以拥有大小在 32K 和 64K 之间的 char 数组。事实上，en.cppreference.com/w/cpp/types/ptrdiff_t 有一条注释，C++11 要求 ptrdiff_t 至少为 17 位宽。

【解决方案2】：

标准没有要求。

请注意，当前的英特尔处理器具有 48 位指针。

所以我个人认为，为std::size_t 设计一个 64 位 unsigned 并为std::ptrdiff_t 设计一个 49 位有符号类型并不太牵强。虽然这样的方案实施起来会很头疼。

更有趣的是，一旦芯片组发展为具有 64 位指针（我们离必要的还有一段距离），大概std::ptrdiff_t 将必须至少为 65 位！因此，我个人记住，sizeof(std::ptrdiff_t) 可能大于sizeof(std::size_t)。

【讨论】：

在引擎盖下，指针仍然是 64 位。 x86_64 要求前 16 位是第 47 位的副本。ARM64 可以忽略可用于标记的 64 位指针中的最高字节。
@MaximEgorushkin：我正要带着矛盾介入，但我注意到，和我一样，你是一个童年的 Z80 程序员！我编写了一些“精灵”代码，使其成为一些商业游戏：其中之一是巫术。注意异或的可怕用法！
你是说Z80是16位地址的8位处理器吗？ xor 是当时许多复制保护/代码加密的基础，尤其是对于未记录的 R 寄存器，您不能只在调试器中单步执行来解密代码。那时我可能玩过巫术！真正的高性能代码使用push 在屏幕上绘图，因为它是存储单词并移动到上一个写入位置的最快方式。

【解决方案3】：

在我的平台上...std::size_t 和 std::ptrdiff_t 大小相同

这如何合规？

C 有（我相信 C++ 继承了 - 如果不让我知道删除）作为 § J.2 中的 UB：

两个指针相减的结果无法在 ptrdiff_t (6.5.6) 类型的对象中表示。"

这允许ptrdiff_t 的类型成为未签名size_t 的签名对应项。
当这样配对没有填充时，

char a[PTRDIFF_MAX + (size_t)1];         // OK with enough memory in the location needed
size_t size_a = sizeof a;                // OK             
size_t diff0 = &a[sizeof a - 1] - &a[0]; // OK
ptrdiff_t diff1 = &a[sizeof a] - &a[0];  // UB
ptrdiff_t diff2 = %a[0] - &a[sizeof a];  // UB

故事的寓意：指针减法的麻烦（结果类型：ptrdiff_t）可能在数组元素计数超过PTRDIFF_MAX时开始。

【讨论】：