`long` 是否保证至少为 32 位？

Question

通过阅读 C++ 标准，我一直理解 C++ 中整数基本类型的大小如下：

sizeof(char) <= sizeof(short int) <= sizeof(int) <= sizeof(long int)

我从 3.9.1/2 推断出这个：

1. 有四种有符号整数类型：“signed char”、“short int”、 “int”和“long int”。在这份名单中， 每种类型至少提供尽可能多的 存储在它之前的那些 列表。普通整数具有自然大小 建议的架构 执行环境

此外，char 的大小由 3.9.1/ 描述为：

1. [...] 大到足以存储实现的基本字符集的任何成员。

1.7/1 更具体地定义了这一点：

1. C++ 内存模型中的基本存储单元是字节。一个字节至少大到足以包含基本执行字符集的任何成员，并且由连续的位序列组成，位的数量由实现定义。

这使我得出以下结论：

1 == sizeof(char) <= sizeof(short int) <= sizeof(int) <= sizeof(long int)

sizeof 告诉我们该类型有多少字节。此外，实现定义了一个字节中有多少位。我们大多数人可能习惯于处理 8 位字节，但标准说一个字节中有 n 位。

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在this post，Alf P. Steinbach 说：

long 保证（至少）32 位。

这与我所理解的 C++ 标准中基本类型的大小完全不同。通常我会认为这是一个错误的初学者，但由于这是 Alf，我认为值得进一步调查。

那么，你说什么？标准是否保证 long 至少为 32 位？如果是这样，请具体说明如何做出此保证。我只是没看到。

1. C++ 标准明确规定，要了解 C++，您必须了解 C (1.2/1) ¹

2. C++ 标准隐式定义了 long 可以容纳的值的最小限制为 LONG_MIN-LONG_MAX ²

因此，无论long 有多大，它都必须足够大以将 LONG_MIN 保持到 LONG_MAX。

但是 Alf 和其他人特定长必须至少为 32 位。这就是我要建立的。 C++ 标准明确表示未指定字节中的位数（可能是 4、8、16、42）那么连接如何从能够容纳数字LONG_MIN-LONG_MAX 到至少 32 位?

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(1) 1.2/1：以下引用文件对于本文件的应用是必不可少的。对于注明日期的参考文献，仅引用的版本适用。对于未注明日期的参考文献，适用参考文件的最新版本（包括任何修订）。

• ISO/IEC 2382（所有部分），信息技术 - 词汇
• ISO/IEC 9899:1999，编程语言 - C
• ISO/IEC 10646-1:2000，信息技术 - 通用多字节编码字符集 (UCS) - 第 1 部分：体系结构和基本多语言平面

(2)在<climits>中定义为：

LONG_MIN -2147483647 // -(2^31 - 1)
LONG_MAX +2147483647 //   2^31 - 1

Answer 1

C++ 使用 C 标准中定义的限制（C++: 18.3.2 (c.limits), C: 5.2.4.2.1）：

LONG_MIN -2147483647 // -(2^31 - 1)
LONG_MAX +2147483647 //   2^31 - 1

因此可以保证 long 至少为 32 位。

如果你想沿着漫长的迂回路线确定LONG_MIN/LONG_MAX 是否可以用long 表示，你必须查看 C++ 标准中的 18.3.1.2 (numeric.limits.members)：

static constexpr T min() throw(); // Equivalent to CHAR_MIN, SHRT_MIN, FLT_MIN, DBL_MIN, etc.
static constexpr T max() throw(); // Equivalent to CHAR_MAX, SHRT_MAX, FLT_MAX, DBL_MAX, etc.

我将脚注移到了评论中，所以它与标准中出现的不完全一致。但它基本上暗示std::numeric_limits<long>::min()==LONG_MIN==(long)LONG_MIN和std::numeric_limits<long>::max()==LONG_MAX==(long)LONG_MAX。

因此，即使 C++ 标准没有指定（有符号）负数的按位表示，它也必须是二进制补码并且总共需要 32 位存储空间，或者它有一个明确的符号位，这意味着它也有 32 位的存储空间。

Answer 2

答案是肯定的。阅读我的 OP 和所有 cmets 以了解确切原因，但这是简短版本。如果您对此有任何疑问或疑问，我鼓励您阅读整个线程和所有 cmets。否则接受这是真的：

1. C++ 标准包括部分 C 标准，包括 LONG_MIN 和 LONG_MAX 的定义
2. LONG_MIN 定义为不大于-2147483647
3. LONG_MAX 定义为不小于+2147483647
4. 在 C++ 中，整数类型以二进制形式存储在底层表示中
5. 为了用二进制表示-2147483647 和+2147483647，您需要32 位。
6. C++ long 保证能够表示LONG_MIN 到LONG_MAX 的最小范围

因此，long 必须至少为 32 位¹。

编辑：

LONG_MIN 和 LONG_MAX 的值的大小由 C 标准 (ISO/IEC 9899:TC3) 第 5.2.4.2.1 节规定：

[...] 它们的实现定义的值应等于或大于所示的值 [...]（绝对值），并带有相同的符号 [...]

— minimum value for an object of type long int
LONG_MIN -2147483647 // -(2 ^ 31 - 1)
— maximum value for an object of type long int
LONG_MAX +2147483647 // 2 ^ 31 - 1

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¹32位：这并不代表sizeof (long) >= 4，因为一个字节不一定是8位。根据标准，一个字节是一些未指定（平台定义）的位数。虽然大多数读者会觉得这很奇怪，但在实际硬件上，CHAR_BIT 是 16 或 32。

Answer 3

C++ 标准指出 <climits> 的内容与 C 标头 <limits.h> 相同（ISO C++03 文档中的 18.2.2）。

不幸的是，我没有 C++98（即 C90）之前存在的 C 标准的副本，但在 C99（第 5.2.4.2.1 节）中，<limits.h> 必须至少有这个最小值价值观。我认为这与 C90 没有什么不同，除了 C99 添加了long long 类型。

— minimum value for an object of type long int

LONG_MIN -2147483647 // −(2^31 − 1)

— maximum value for an object of type long int

LONG_MAX +2147483647 // 2^31 − 1

— maximum value for an object of type unsigned long int

ULONG_MAX 4294967295 // 2^32 − 1

— minimum value for an object of type long long int

LLONG_MIN -9223372036854775807 // −(2^63− 1)

Answer 4

是的，C++ 标准明确规定未指定字节中的位数。也没有指定 long 中的位数。

为数字设置下限并不是指定它。

C++ 标准在一处说：

1 == sizeof(char) <= sizeof(short) <= sizeof(int) <= sizeof(long).

实际上，在另一个地方，通过包含 C 标准：

CHAR_BITS >= 8; SHORT_BITS >= 16; INT_BITS >= 16; LONG_BITS >= 32

（除了 AFAIK，标识符 SHORT_BITS、INT_BITS 和 LONG_BITS 不存在，并且这些限制是由对类型最小值的要求推断出来的。）

这是因为在数学上需要一定数量的位来对 LONG_MIN..LONG_MAX 范围内的所有值进行编码（例如，对于 longs）。

最后，shorts、ints 和 longs 都必须由整数个字符组成； sizeof() 总是报告一个整数值。此外，逐个字符地遍历内存必须访问每一位，这带来了一些实际限制。

这些要求在任何方面都没有矛盾。任何满足要求的尺寸都可以。

很久以前就有机器的原生字长为 36 位。如果要将 C++ 编译器移植到它们，您可以合法地决定在 char 中使用 9 位，在 short 和 int 中使用 18 位，在 long 中使用 36 位。您还可以合法地决定在每种类型中使用 36 位，原因与今天在典型的 32 位系统上可以在 int 中使用 32 位的原因相同。存在使用 64 位字符的实际实现。

另请参阅C++ FAQ Lite 的第 26.1-6 和 29.5 节。

Answer 5

但是 Alf 和其他人明确指出 long 必须至少为 32 位。这是 我试图建立的。 C++ 标准是明确的，数字 未指定字节中的位数。 可能是 4, 8, 16, 42... 那么如何 从能够 容纳数字 LONG_MIN-LONG_MAX 至少为 32 位？

为了获得至少那么多位模式，您需要在值表示中使用 32 位。由于 C++ 需要整数的二进制表示（标准中的显式语言，第 3.9.1/7 节），Q.E.D.