在索引数组时，我是否应该总是使用size_t？

Question

即使数组的大小没有超过int的大小，我是否需要始终使用size_t来索引数组?

这不是关于何时应该使用size_t的问题。我只想知道，例如，一个程序有2GB可用内存（所有这些字段都可以通过int32进行索引），但是该内存被分配到计算机RAM的14GB - 16GB的"fields"。

如果在这种情况下使用int32而不是size_t（或unsigned long int）进行索引，它是否总是会失败?

也许这个问题更与虚拟内存有关，而不是指针。

- Agustín Nieto García

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对数组进行索引与主机的 RAM 无关。鼓励使用 size_t 的原因是它使您的程序具有可移植性。 - Mukul Gupta

size_t 确保能够索引您所投掷的任何内容的每个字节。有时很方便。 - user4581301

你可以使用足够大的整数类型来存储数组的索引。对于小型数组，char 是可行的选择。这与可寻址内存或虚拟内存的总量无关。如果您不知道数组大小，size_t 能够容纳任何数组的任何索引，因此非常有用。 - n. m.

@user4581301：C标准没有提供这样的保证。 - Eric Postpischil

@EricPostpischil: 它确实可以。具体来说，它可以容纳最大可能数组的大小，因为数组是一种对象类型。因此，如果您可以对其进行索引，则大小（以字节为单位）适合于size_t。由于数组元素至少为一个字节，因此每个索引也是如此。混淆可能是因为不能保证size_t容纳多个对象大小的总和。 - MSalters

Answer 1

size_t是一个无符号整数，能够保存您可以分配的最大对象的大小。它非常有用于索引，因为这意味着它可以索引到您可以分配的最大数组。

但这并不意味着索引时必须或者一定建议使用它。您可以使用任何足够大的整数类型来对数组进行索引。int_fast32_t 可能更快，uint_least16_t 在结构中可能更小，等等。了解您的数据，您可以做出一个好的选择。

您应该考虑的一个问题是，在某些平台上，使用带符号索引可能需要额外的符号扩展指令。例如，这里是x86-64：

// ; zero-extending idx (in edx) is "free" by simply using rdx.
// movzx eax, BYTE PTR [rcx+rdx]
// ret
char get_index(char *ptr, unsigned idx)
{
   return ptr[idx];
}

// ; sign extending idx from 32 bits to 64 bits with movsx here.
// movsx rdx, edx     
// movzx eax, BYTE PTR [rcx+rdx]
// ret
char get_index(char *ptr, int idx)
{
   return ptr[idx];
}

虚拟内存超出了C或C++的范围。从它们的角度来看，你只是索引到内存中，由你的平台来使其工作。实际上，你的应用程序只使用虚拟地址；你的CPU/操作系统在幕后将虚拟地址转换为物理地址。这不是你需要担心的事情。

- Cory Nelson

Answer 2

即使数组不足以超过 int 的大小，我需要始终使用 size_t 来索引吗？

不需要，因为索引不是地址，甚至不是字节偏移量。它是用于从指针计算偏移量的值。只要整数类型足够大以表示最大索引，就可以访问数组中的任何元素。

话虽如此，在数组索引的上下文中，有一些关于不同类型处理的细节。虽然这个问题标记了 C 和 C++，并且虽然两者有很多相似之处，但在 C++ 中可能会出现一些额外的复杂情况。但我们先从共同点开始。

为了简化这个解释，假设您拥有一个具有 4GB 地址空间和 16 位 int 的机器。

int a[8000];

显然，这声明了一个由8000个int组成的数组，索引从0到7999。编译器将8000文字面量视为int类型，因此不会有任何意外。

但是，如果文字面量为0x8000，则情况会变得更加复杂。由于16位int无法表示32768（0x8000的十进制等价物），它必须选择另一种类型，如long。但是，信不信由你，如果文字面量用十六进制表示，它会选择unsigned int。 （文字面量的规则与整数提升的规则并不完全相同。）这在这里实际上并不重要，因为净效果是相同的。

请注意，如果我们使用0x8000，我们将创建一个可以完全使用16位int进行索引的数组，但我们必须使用不同的类型来表示其大小。

在C中进行索引是古怪的，而C ++继承了这种古怪性。这些语言不关心您是否交换了数组的索引和名称。

a[3] = 42;
printf("%d\n", 3[a]);  // legal, and prints "42"!

您甚至可以从指向数组的指针进行索引，并使用负下标（只要引用仍在同一数组或其末尾的一个元素内）。

a[3] = 42;
int *p = a + 6;
printf("%d\n", p[-3]);  // also legal, and prints "42"!

// off-topic
printf("%d\n", -3[p]);  // legal, but does *not* print "42"!

这告诉我们索引可以是有符号整数类型，但是 size_t 总是无符号整数类型。

以上所有内容也适用于 C++，但是如果您考虑标准库容器类型，如 std::vector 和 std::array，C++ 有一些额外的细节。

标准容器定义了自己的大小类型，例如 std::vector::size_type。这些几乎总是与 std::size_t 相同的底层类型。

标准容器只是在库中定义的类，因此古怪的交换指针和索引语法不适用于它们。

std::vector<int> v = { 0, 1, 2, 3 };
std::cout << 3[v] << '\n';  // std container types cannot emulate this
                            // kind of array indexing

那么索引的类型必须是什么？我们知道可以这样写：

```python indexes = [0, 1, 2, 3, 4] ```

所以，索引的类型应该是整数。

std::cout << v[3] << '\n';

我们知道，字面量3被视为一个int，它是有符号的且可能具有比std::size_t -- 呃，std::vector<int>::size_type更小的范围。希望这使得清楚，只要您使用的任何类型可以表示所需的索引，就不需要使用大小类型作为索引。

使用标准容器类型进行索引是通过在容器的大小类型上重载operator[]实现的。因此，3可能是一个int，但是为了匹配重载的定义，它将首先转换为std::vector<int>::size_type。

换句话说，对于C++标准容器类型，您实际上总是使用size_t作为索引，而不管实际使用的类型是什么。

- Adrian McCarthy

Answer 3

为了避免程序故障，程序员应始终使用至少与size()方法返回类型一样大的索引类型。这确保了索引永远不会超出数组可能的大小。数组的实现通常是确保其运行时大小不会超过size()方法返回的类型。这意味着索引类型应该是：

• 在char[N], uint8_t[N], int[N]等情况下，使用size_t
• 在std::vector和std::list情况下，使用size_t
• 在QList和QVector情况下，使用int
• 在位数组的情况下，如果位数组的size()方法返回一个任意精度整数（aint），则使用aint
• 在内存压缩的数组的情况下，如果数组的size()方法返回一个任意精度整数（aint），则使用aint
• 在跨多台机器的数组的情况下，如果数组的size()方法返回一个任意精度整数（aint），则使用aint
• 其他语言：
  • 在java.util.Collection及其子类的情况下，使用int

总之：安全的索引类型是size()方法返回的类型。

注意：如果size()方法返回无符号的size_t，那么有符号的int和ssize_t不是安全的索引类型。在gcc和clang中，编译器标志-Wsign-compare（通过-Wall启用）和-Wconversion可以用于防止大多数这种情况。

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