标准 C++ 库中 size_t 的有符号变体答案

【问题标题】：Signed variant of size_t in standard C++ library标准 C++ 库中 size_t 的有符号变体
【发布时间】：2021-04-06 07:32:50
【问题描述】：

标准 C++ 中是否有 size_t 的签名变体？表示与 size_t 完全相同的位大小，但有符号。

当然可以：

#include <type_traits>
using signed_size_t = std::make_signed_t<std::size_t>;

但也许标准库中已经有类似的定义，而不是发明额外的类型名称？

我知道有 ssize_t 和 ptrdiff_t，两者都已签名。但是根据他们的描述，它们似乎都可以具有与 size_t 不同的位大小。但我需要与 size_t 完全相同但已签名的位大小。

【问题讨论】：

但我需要与 size_t 完全相同但已签名的位大小。 为此，请使用 static_assert：static_assert(sizeof(std::size_t) == sizeof(std::ptrdiff_t), "error message");。这是我所知道的最好的。
@NathanOliver 所以通常ptrdiff_t 可以用作签名size_t，但您必须检查才能确定？
也std::streamsize "用作std::size_t的签名对应物，类似于POSIX类型ssize_t"。
根据我的经验，这两种类型的大小相同。不能保证，但是使用静态断言，您基本上可以保证。
ssize_t 不是标准 C++；这是POSIX。但实际上，如果您需要size_t 的签名版本，那么您的方式似乎很好。我想没有一个标准的，因为负“大小”实际上并不存在，所以当它需要这样的东西时，标准更喜欢更有意义的名字，比如ptrdiff_t。

标签： c++ unsigned signed c++-standard-library size-t

【解决方案1】：

在标准中出现“std::size_t 的签名版本”（以及std::ptrdiff_t 的未签名版本）的地方：printf 格式说明符 %zu 用于 std::size_t 对象。 %zd 用于对象，正如 C++ 标准所指的 C 标准所说，“对应的有符号整数类型 [std::size_t]”

std::printf("%zu %zd %td %tu",
    std::size_t{0}, std::make_signed_t<std::size_t>{0},
    std::ptrdiff_t{0}, std::make_unsigned_t<std::ptrdiff_t>{0}
);

由于没有专门为 %zd 和 %tu 命名的类型，我倾向于相信没有像您想要的标准名称（std::make_signed_t<std::size_t> 除外）。

顺便说一句，没有太多理由需要std::size_t 的签名变体：std::size_t 用于对象的大小，而对象的大小没有签名。

ssize_t 只能保证保持-1 或非负值。它的保证范围是[-1, SSIZE_MAX]（并且是特定于 POSIX 的类型，而不是标准的 C++ 类型）。这是因为它用于“无符号值或错误时 -1”。

C++ 标准库为此只使用std::size_t，用std::size_t(-1) == SIZE_MAX 代替指示错误/特殊值（参见：std::basic_string<...>::npos、std::dynamic_extent），因此您可以只使用std::size_t 而不是@ 987654342@ 如果你想要一个错误值（或者可能是std::optional<std::size_t>）

如果您想要“代表大小但已签名的东西”，std::ssize(c) ("signed size") 将返回 std::common_type_t<std::ptrdiff_t, std::make_signed_t<decltype(c.size())>>。对于数组类型，std::ssize 返回std::ptrdiff_t。所以可能为此目的使用std::ptrdiff_t。

如果你想要“用于表示两个迭代器之间距离的类型”（包括指针），std::ptrdiff_t 就是为此而生的。这大多与有符号大小的概念不谋而合，std::iterator_traits<...>::difference_type 通常是std::ptrdiff_t。

这些并不意味着sizeof(std::ptrdiff_t) == sizeof(std::size_t)。该标准没有定义它们之间的任何关系。 sizeof(std::ptrdiff_t) < sizeof(std::size_t) 和 sizeof(std::ptrdiff_t) > sizeof(std::size_t) 在理论上似乎都是可行的，但我还没有找到任何这样的系统。所以一个简单的断言应该适用于所有平台，并允许您只使用std::ptrdiff_t：

static_assert(
    sizeof(std::size_t) == sizeof(std::ptrdiff_t) &&
    static_cast<std::size_t>(std::numeric_limits<std::ptrdiff_t>::max()) == std::numeric_limits<std::size_t>::max() / 2u,
    "ptrdiff_t and size_t are not compatible"
);

（有很多系统std::size_t是unsigned int和std::ptrdiff_t是signed long但sizeof(int) == sizeof(long)，所以我们必须检查类型的范围而不是std::is_same_v<std::ptrdiff_t, std::make_signed_t<std::size_t>>）

或者像你已经拥有的那样使用std::make_signed_t<std::size_t>。

【讨论】：