在使用STL容器时，我应该使用int还是unsigned int？

Question

参考这个指南：
https://google.github.io/styleguide/cppguide.html#Integer_Types

Google建议在大部分情况下使用int。
我尝试遵循这个指南，唯一的问题是使用STL容器。

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例子 1。

void setElement(int index, int value)
{
    if (index > someExternalVector.size()) return;
    ...
}

比较 index 和 .size() 会生成警告。

示例 2。

for (int i = 0; i < someExternalVector.size(); ++i)
{
    ...
}

i 和 .size() 之间出现相似的警告。

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如果我将 index 或者 i 声明为 unsigned int，那么警告会消失，但是类型声明会传播，因此我必须将更多变量声明为 unsigned int，这与指南相矛盾且不一致。

我所能想到的最好方法是使用强制类型转换，例如：

if (index > static_cast<int>(someExternalVector.size())

或者

for (int i = 0; i < static_cast<int>(someExternalVector.size()); ++i)

但我真的不喜欢强制类型转换。

有什么建议吗？

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以下是一些详细思考：

将所有整数都声明为有符号整数的优点在于：可以避免 signed/unsigned 的警告、强制类型转换，并确保每个值都可以是负数（保持一致），因此 -1 可以用来表示无效值。

有许多情况下，循环计数器的使用与某些其他常量或结构成员混合在一起。如果 signed/unsigned 不一致，那么这将是有问题的。这将充满警告和强制类型转换。

- Marson Mao

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C++11 的 auto 和 decltype 肯定会对此有所帮助。您还应该阅读 Herb Sutter 的这篇文章。 - Mark Garcia

你使用的编译器是什么？C++本身并不规定警告。另外，你尝试过使用64位或更大的整数类型吗？在int与其大小相同或更大的unsigned类型交互方面存在一些怪异之处... - Yakk - Adam Nevraumont

我使用Visual Studio 2008作为编译器。 - Marson Mao

你想遵循那个所谓的“指南”有什么原因吗？ - Cubbi

@MarsonMao 如果你不想担心“signed/unsigned”，就不要使用它们，而是使用函数返回的值类型，我建议使用auto。这个特性从GCC 4.4/Clang 2.9(!)/MSVC 2010开始支持。 - rubenvb

Answer 1

无符号类型有三个特点，其中一个是优点，另一个是缺点：

• 它们可以容纳与相同大小的有符号类型相比两倍数量的值（优点）
• size_t版本（即，在32位机器上为32位，在64位机器上为64位等）用于表示内存（地址、大小等）（中性）
• 它们在0以下循环，因此在循环中减去1或使用-1表示无效索引可能会导致错误（坏）。有符号类型也会出现这种情况。

STL使用无符号类型是基于以上前两点：vector和deque等类似数组的数据结构不受元素数量限制（尽管你需要考虑是否真的需要一个4294967296元素的数据结构）；因为负值永远不会是大多数数据结构中的有效索引；而size_t是任何与内存相关的东西的正确类型，例如结构体的大小和字符串长度（见下文）。虽然这不一定是将其用于索引或其他非内存目的（如循环变量）的好理由，但在C++中，最佳实践是这样做，这有点像反向构造，因为它与容器及其他方法一起使用，一旦使用后，余下的代码必须匹配以避免你遇到的问题。

当值可能变为负数时，请使用有符号类型。

当值不可能变为负数时，请使用无符号类型（可能与“不应该”不同）。

处理内存大小时，请使用size_t（例如，sizeof的结果，通常是字符串长度等）。 它通常被选择为默认的无符号类型，因为它与编译代码的平台相匹配。 例如，由于字符串只能具有0个或更多元素，并且没有原因将字符串的长度任意限制为低于平台所能表示的长度（例如，在32位平台上使用16位长度（0-65535）），因此字符串的长度是size_t。注意（感谢评论者Morwen）std::intptr_t或std::uintptr_t类似概念的用法-始终是您平台的正确大小-如果您需要某些不是指针的东西，则应将其用于内存地址。注意2（感谢评论者rubenvb），由于npos的值，字符串只能容纳size_t-1个元素。详情见下文。

这意味着如果您使用-1表示无效值，则应使用有符号整数。如果您使用循环向后迭代数据，则应考虑使用有符号整数，如果您不确定循环结构是否正确（正如其他答案中提到的那样，很容易出现错误）。在我看来，您不应该采用技巧来确保代码工作-因为那通常是危险信号。此外，对于遵循您并阅读代码的人而言，理解起来也更难。这两个原因都不建议按照上面@Jasmin Gray的答案。std::vector<foo> bar; for (std::vector<foo>::const_iterator it = bar.begin(); it != bar.end(); ++it) { // Access using *it or it->, e.g.: const foo & a = *it;

当您这样做时，您不需要担心类型转换、符号等问题。

迭代器可以向前（如上所示）或向后迭代。使用相同的语法it != bar.end()，因为end()表示迭代的结束，而不是基础概念数组、树或其他结构的结束。

换句话说，您在处理STL容器时，“应该使用int还是unsigned int”的答案是“都不用。改用迭代器。”了解更多信息：

• 为什么要在C++中使用迭代器而不是数组索引？
• 为什么再次使用它们（有关此问题的答案中有一些更有趣的观点）
• 通用的迭代器-不同类型、如何使用等。

还剩什么？

如果您不使用整数类型进行循环，还剩下什么？您自己的值，这些值取决于您的数据，但在您的情况下包括使用-1表示无效值。这很简单，使用带符号数。只需保持一致即可。

我非常支持使用自然类型，例如枚举，有符号整数适合此类情况。它们更符合我们的概念期望。当您的头脑和代码相对应时，您编写错误的可能性更小，表达正确、清晰的代码的可能性更大。

- David

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对于内存而言，最好使用std::intptr_t或std::uintptr_t，它们被定义为始终能够容纳指针。 - Morwenn

+1 迭代器。同时请注意，std::string::npos 在标准中被定义为 std::string::size_type(-1)。这是否意味着标准犯了一个错误？我不这么认为。使用 some_unsigned_type(-1) 是完全可以的。只要知道你将能够存储比 size_type 的大小少一个元素即可。 - rubenvb

谢谢回复！迭代器是个好主意，我经常尝试使用它。但当我将向量用作数组时，我必须关心输入索引或循环计数器（如我在帖子中的示例），我需要检查向量大小与索引是否匹配，或者我将循环计数器传递给另一个接受计数器的函数（这些值可能小于0）。在这种情况下，您会建议对向量大小进行类型转换吗？即 static_cast<int>(Vector.size())？ - Marson Mao

迭代器和基于范围的for循环当然很好用，但有时您无法仅使用索引进行迭代，同时迭代2个或更多容器等操作。 （虽然可以使用迭代器完成此操作，但需要编写太多额外代码，实际上可能不太容易理解）。其实，让我烦恼的有符号/无符号问题是，如果您使用unsigned作为索引来循环，然后将其更改为以相反的顺序迭代，这将导致非明显的错误。 - Predelnik

Jamin Gray的答案并不是“上面”的。当提到本站其他答案时，使用“上面”或“下面”这样的参考词需要小心，因为这些参考可能会被投票无效化。 - Ruslan

Answer 2

使用容器返回的类型，这种情况下是size_t - 这是一个无符号整数类型。(技术上讲，它是std::vector::size_type，但通常定义为size_t，所以使用size_t是安全的。unsigned也可以)

但总的来说，要选择合适的工具来完成合适的工作。'index'是否可能为负数？如果不是，那就不要将其设为有符号数。

顺便提一下，您不必输入'unsigned int'。 'unsigned'是相同变量类型的简写：

int myVar1;
unsigned myVar2;

原问题链接中的页面说：

一些人，包括一些教科书作者，建议使用无符号类型来表示永远不为负的数字。这是作为自我文档的形式。然而，在 C 语言中，这种文档的优点被它可能引入的真正错误所抵消。

这不仅仅是自我文档，而是使用正确的工具完成正确的工作。说“无符号变量会导致错误，因此不要使用无符号变量”是愚蠢的。有符号变量也可能会导致错误。浮点数也可能比整数更容易出错。唯一保证没有错误的代码是不存在的代码。

他们举的无符号类型恶魔的例子是这个循环：

for (unsigned int i = foo.Length()-1; i >= 0; --i)

我在循环中迭代时经常犯错误，尤其是涉及到有无符号整数的情况。我该从size减去1吗？是大于或等于0，还是只是大于0？这是一个棘手的问题。

那么，如果你知道代码存在问题怎么办？你需要改变编码风格以解决问题，使代码更简洁易读、易记和易运行。他们发布的循环存在错误。这个错误是他们想要允许一个负值，但却选择了无符号变量，这是他们的错误。

但是有一个简单的技巧可以使它更易于阅读、记忆、编写和运行。对于无符号变量，下面是一个聪明的方法（显然，这是我的意见）。

for(unsigned i = myContainer.size(); i--> 0; )
{
    std::cout << myContainer[i] << std::endl;
}

这段代码是未签名的。它总是有效的。起始大小没有负面影响，也不用担心下溢。它就是有效的。它就是聪明的。如果大家曾经因为某人在for()循环中犯错而停止使用无符号变量，却没有训练自己不再犯错，那就要正确地做，不要停止使用无符号变量。

记住它的诀窍：

1. 将'i'设置为大小。(不必担心减一)
2. 像箭头一样使'i' 指向 0 。i --> 0(它是后递减 (i--) 和大于比较 (i > 0) 的结合)

更好的方法是教自己编写正确的代码技巧，而不是因为自己编写不正确的代码而放弃工具。

你想在你的代码中看到哪一种？

for(unsigned i = myContainer.size()-1; i >= 0; --i)

或者：

for(unsigned i = myContainer.size(); i--> 0; )

我使用缩写并不是因为它少打字（那太傻了），而是因为它减少了心理负担。在快速浏览代码时，更容易理解，也更容易发现错误。

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请自行尝试代码

- Jamin Grey

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在64位机器上，size_t是一个64位无符号整数类型，而不是unsigned int。在x86/64 CPU上，size_t等同于unsigned long。 - user172818

@user172818 我说的是“无符号整数类型”，我并不是指‘unsigned int’。无符号长整型也是“无符号整数类型”。我会在答案中尽量澄清这一点，谢谢！ - Jamin Grey

使用无符号类型仅仅因为有符号类型可能会出现错误是不合理的，如果你必须使用技巧来确保正确使用它们，那么这是一个危险信号，而不是说它们是可以接受的。有符号类型更自然，更安全，适用于更多情况。@MarsonMao，我认为你的文本关于错误超过优点是正确的。从上面回复的曲折性中，你可能可以看到它们并不可靠且难以正确使用。 - David

你想在你的代码中看到哪个？显然是(i--) > 0。i-->0看起来很像i -> 0，让我想起了erlang代码。这样的语法会让维护人员感到困惑。"因为有人曾经说过他们犯了一个错误，没有训练自己"，我认为这种态度是不健康的。除非你是一个单兵作战的软件开发者，否则你无法逃脱。你的代码是为人写的。而且有很大的可能性，阅读它的人比你技能低，甚至完全不称职。对于这些人，你的代码应该易于阅读。 - SigTerm

@JaminGrey：“你应该修复警告，而不是隐藏它们。” 你无法在所有编译器上修复所有警告。尝试使用 -WAll 编译 Microsoft 编译器的项目。即使在无害代码上，你也会得到 成千上万 的警告。当你看到一个警告时，你应该确保知道自己在做什么，并且如果它没有帮助，就隐藏这个警告。 - SigTerm