在循环中计数时，有符号值和无符号值的区别是什么？

Question

所以我在程序中有一个普通的 for 循环，遍历了一个对象向量（这些对象是我定义的类型，如果这很重要的话）：

for(int k = 0; k < objects.size(); k++){ ... }

...当我编译时，我收到了这个警告：

warning: comparison between signed and unsigned integer expressions 

这很有道理，因为我认为对于一个向量，size() 返回一个 size_t。但是为什么会有影响呢？难道一个元素的数量（甚至内存块）不是可以计数的整数吗？更重要的是，由于我的程序有多个这样的循环并且经常导致segfault，这可能是其中的一部分原因吗？

- norman

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警告的另一个要点是，如果有符号值（理所当然地）为负数，在转换为无符号类型时，结果往往会非常大，因此比较可能不会得到程序员预期的结果。 - Daniel Fischer

Answer 1

已经有很好的回答了，但我也想补充一下我的意见：正确的做法是：

for (typename std::vector<MyObject>::size_type i = 0; i < object.size(); ++i) { ... }

只有那些渴望成为语言专家的人才会写出这样的内容，即使他们也可能在阅读到精华之前停下来。使用C++11，您可以利用 decltype ：

for (decltype(object.size()) i = 0; i < object.size(); ++i) { ... }

或者您可以利用 auto：

for (auto i = object.size() - object.size(); i < object.size(); ++i) { ... }

或者你可以直接使用size_t，但是你仍然可能对溢出有疑虑，因为vector<MyObject>的size_type可能比size_t更大。(事实并非如此，但没有保证):

for (size_t i = 0; i < object.size(); ++i) { ... }

那么一个诚实的程序员应该怎么做呢？

最简单的解决方案就是STL从一开始就一直在推广的方案。只不过在一开始时，编写这个方案也很麻烦：

for (typename std::vector<MyObject>::iterator_type it = object.begin(); it != object.end(); ++it) { ... }

现在，C++11确实对您有所帮助。您有一些非常好的替代方案，从简单的开始：

for (auto it = object.begin(); it != object.end(); ++it) { ... }

但更好的是（请敲鼓声）……：

for (auto& val : object) { ... }

那是我会使用的。

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编辑以添加：

Cory Nelson在评论中指出，还可以使用以下代码缓存object.end()的结果：

for (auto it = object.begin(), end = object.end(); it != end; ++it) { ... }

事实证明，for (var : object) 语法生成的代码与 Cory Nelson 提出的代码非常相似（因此我鼓励他和您只使用后者）。然而，它与其他语法具有微妙的不同语义，包括原始帖子所讨论的迭代。如果您在迭代过程中以一种改变容器大小的方式修改容器，则必须非常仔细地考虑问题，否则会引发灾难。

迭代可能在迭代过程中被修改的 vector 的唯一方法是使用整数索引，就像原始帖子中所述的那样。其他容器则更加宽容。您可以使用循环迭代 STL 映射（map），并在每次迭代中调用 object.end()，（据我所知）即使面对插入和删除也能正常工作，但不要尝试在 unordered_map 或 vector 上尝试这样做。如果您总是在结尾推送(push)并在前面弹出(pop)，则可以使用 deque 进行迭代，这在广度优先遍历中使用 deque 作为队列时非常方便；我不确定是否可以从 deque 的末端弹出。

实际上应该有一个简单的摘要，概述容器类型对迭代器和元素指针（它们并不总是与迭代器相同）的容器修改的影响，因为这一切都是由标准规定的，但我从未在任何地方找到过。如果您发现了这样的内容，请告诉我。

- rici

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如果您不想在每次迭代中调用end()，这对于不支持范围for的编译器很有好处：您错过了for(auto it = object.begin(), end = object.end(); it != end; ++it) { ... }。 - Cory Nelson

@CoryNelson，是的，for (auto& val : object) 就是这个意思。然而，对于大多数STL容器，也许所有的容器，执行 object.end() 实际上没有什么代价。（特别是对于向量，迭代器只是指针，end() 是一个微不足道的访问器。） - rici

有趣的是，至少在 VC++ 中，vector 的迭代器在任何情况下都不是指针了。当然，它们会被优化为等效的指针。 - Cory Nelson

@CoryNelson：有趣。那么它们除了一个指针之外还有其他的东西吗？这有什么好处呢？（在gnu libstdc++中，如果有适当的Alloc trait，则它们不是指针，这可能对非标准分配器是必要的，但通常它们只是通过一长串typedefs转换为T*。） - rici

@rici：在您的最后建议中，是否也可以获得一个公共整数计数器来显示回合数，或者这是不可能的（除非创建一个单独的循环计数器）？ - arc_lupus

@arc_lupus：你需要自己添加循环计数器。 - rici

Answer 2

当object.size()返回一个大于k的最大可表示值的值时，问题就会出现。由于k是有符号的，相对于size_t¹，它只有一半的最大值。

现在，在您特定的应用程序中可能不会发生这种情况（在典型的32位系统上，您的集合中的对象数量将超过20亿个），但使用正确的类型始终是一个好主意。 ^{1.预先反驳：是的，在使用典型的二进制补码算术和int和size_t用相同比特数表示的机器上才成立。}

- Greg Hewgill

Answer 3

在大多数情况下，这并不重要，直到您的向量包含的元素超过有符号整数可以表示的数量。

- Keith Nicholas

Answer 4

在有关循环变量的有符号/无符号比较的警告流中，重要的警告可能会丢失。甚至一些有符号/无符号比较警告也很重要！因此，通过定义一个大小函数来消除不重要的警告，就像这样：

#include <stddef.h>    // ptrdiff_t
#include <utility>     // std::begin, std::end

typedef ptrdiff_t Size;
typedef Size Index;

template< class Type >
Size nElements( Type const& c )
{
    using std::begin;  using std::end;
    return end( c ) - begin( c );
}

那么你可以只是简单地写例如。

for( int i = 0;  i < nElements( v );  ++i ) { ... }

或者，使用迭代器，例如：

for( auto it = begin( v );  it != end( v );  ++it ) { ... }

或者使用C++11基于范围的for循环。

for( auto const& elem : v ) { ... }

无论如何，在最高实用的警告级别下进行干净的编译是很重要的，以便消除那些段错误和其他错误。

另一个你应该关注的领域是C样式转换：摆脱它们！;-)

- Cheers and hth. - Alf