比较一个无符号整数与std::string::size_type安全吗？

Question

我正在阅读Andrew Koenig和Barbara E.Moo的《Accelerated C++》一书，对第2章中的主要示例有些疑问。 以下是代码摘要，并且使用g ++编译时没有警告/错误：

#include <string>
using std::string;

int main()
{
    const string greeting = "Hello, world!";
    // OK
    const int pad = 1;
    // KO
    // int pad = 1;
    // OK
    // unsigned int pad = 1;
    const string::size_type cols = greeting.size() + 2 + pad * 2;
    string::size_type c = 0;
    if (c == 1 + pad)
    {;}

    return 0;
}

但是，如果我将const int pad = 1;替换为int pad = 1;，g ++编译器会返回一个警告：

warning: comparison between signed and unsigned integer expressions [-Werror=sign-compare]
    if (c == 1 + pad)

如果我用unsigned int pad = 1;替换const int pad = 1;，g++编译器将不会返回警告。

我理解为什么g++会返回警告，但我对以下三点不确定：

- 使用unsigned int与std::string::size_type进行比较是否安全？编译器在这种情况下不会返回警告，但我不确定是否安全。 - 为什么编译器在原始代码const int pad = 1中没有发出警告。编译器是否自动将变量pad转换为unsigned int？ - 我还可以用string::size_type pad = 1;替换const int pad = 1;，但是我认为变量pad的含义与字符串大小没有真正联系。即使如此，在这种情况下，这是否是避免比较中有不同类型的最佳方法？

- Fehnryr

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从msdn：basic_string::size_type => typedef typename allocator_type::size_type size_type; => 一种无符号整数类型，可表示字符串中的元素和索引数量。(https://msdn.microsoft.com/library/5ddehwe8.aspx)。因此，使用无符号整数可能是一个不错的做法。 - Fefux

@Fefux 我不会相信微软在C/C++标准方面的权威来源。多年来，他们已经有足够多的“创造性”解释标准的经历了... - skyking

if ( (int)c == pad + 1 ) - i486

Answer 1

从编译器的角度来看：

1. 比较有符号和无符号变量（非常数）是不安全的。
2. 比较两个不同大小的无符号变量是安全的。
3. 如果编译器可以检查有符号变量类型的允许范围（例如，对于16位有符号整数，使用范围在[0..32767]的常量是安全的），则将无符号变量与有符号常量进行比较是安全的。

所以，您的问题的答案是：

1. 是的，比较 unsigned int 和 std::string::size_type 是安全的。
2. 没有警告，因为编译器可以在编译时执行安全检查。
3. 在比较中使用不同的 unsigned 类型没有问题。请使用 unsinged int。

- KonstantinL

Answer 2

如果您使用默认分配器（很可能是）的std :: string，则size_type实际上是size_t。

[support.types] / 6定义size_t为

一个实现定义的无符号整数类型，足够大以包含任何对象的大小（以字节为单位）。

因此，从技术上讲，并不能保证它是unsigned int，但我相信在大多数情况下都是这样定义的。

现在关于您的第二个问题：如果您使用const int something = 2，则编译器会看到此整数a）从不为负，并且b）永远不会更改，因此始终可以安全地将该变量与size_t进行比较。在某些情况下，编译器可能会完全优化掉该变量，并仅用2替换所有出现。

我认为最好在需要某些东西的大小时随处使用size_type，因为它更详细。

- SingerOfTheFall

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std::string::size_type不能保证与size_t相同。 - Mats Petersson

@MatsPetersson，没错，但如果您使用默认分配器，则为std::size_t，这似乎是OP的情况。 - SingerOfTheFall

不一定。有人可能会决定在64位机器上将长度存储为32位值具有某些特定的优势。不，这不是常见的做法，但仍然是可能的。 - Mats Petersson

@MatsPetersson，抱歉我不太明白。按照标准，std::string是std::basic_string<char>，它是template< class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>, class Allocator = std::allocator<CharT> > class basic_string;，并将size_type定义为其分配器的size_type。std::allocator::size_type又被定义为size_t，因此除非使用自定义分配器，否则应始终具有size_t。当然，在不同的实现中，size_t本身的大小可能不同，但我已在答案中提到了它。 - SingerOfTheFall

Answer 3

比较有符号和无符号值是“危险的”，因为当有符号值为负数时，您可能无法得到预期的结果（它可能表现为非常大的无符号值，因此a > b在a = -1和b = 100时会返回true。 （使用const int的原因是编译器知道该值不会改变，因此可以说“好的，这个值始终为1，所以在这里运行良好”）

只要要比较的值适合于unsigned int（在典型的机器上，略大于40亿），就可以了。

- Mats Petersson

Answer 4

编译器警告的是无符号整数和有符号整数类型的比较。这是因为有符号整数可以是负数，其含义是反直觉的。这是因为在比较之前，有符号整数被转换为无符号整数，这意味着负数将比正数更大。

“使用unsigned int与std::string :: size_type进行比较是否安全？在那种情况下，编译器不会返回警告，但我不确定是否安全。”

是的，它们都是无符号的，然后语义是预期的。如果它们的范围不同，则较窄的类型将被转换为更宽的类型。

“为什么编译器不会在原始代码const int pad = 1中发出警告？编译器是否自动将变量pad转换为unsigned int？”

这是因为编译器的构造方式。编译器在发出警告之前解析并在某种程度上优化代码。重要的一点是，在考虑此警告时，编译器现在已知有符号整数为1，因此可以安全地与无符号整数进行比较。

我也可以将const int pad = 1;替换为string::size_type pad = 1;，但是在我看来，变量pad的意义并不真正与字符串大小相关。尽管如此，在这种情况下，避免比较时出现不同类型最好的方法是否采用这种方法？ 如果您不希望它是常量，最好的解决方案可能是将其至少设置为无符号整数类型。但是，您应该知道普通整数类型和大小之间没有保证的关系，例如unsigned int可能比size_t和size_type更窄、更宽或相等（后者也可能不同）。

- skyking