为什么使用无符号短整型比使用整型慢？

Question

在此网页上，对于unsigned short数据类型的评论如下：

这种数据类型用于减少内存使用量（尽管生成的可执行文件可能比使用int更大且可能更慢）

为什么会这样呢？

- George Tian

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int 通常用作本机 CPU 字长，因此在内存和 CPU 寄存器之间移动时可能更快。这主要涉及对齐问题。 - Some programmer dude

请查看内置类型的性能。 - Anton Shwarts

这个说法充其量是过于笼统的陈述，你可能不应该依赖这个来源获取好信息。我怀疑它声称“可能”更慢的依据并不充分。同样地，它声称float被“用于在所使用的值不变化广泛时减少内存使用”也是可疑的(float确实有较窄的范围，但它也具有较粗糙的精度)。至于double，它说：“表示处理器处理的数据的‘正常’大小；这通常是使用的浮点数据类型”，这是没有依据的。（名称“double”暗示它是默认大小的两倍。） - Eric Postpischil

@EricPostpischil 谢谢，我可能应该查阅更多的资料。 - George Tian

Answer 1

我认为"probably slower"这个用语太过严谨。

一个理论事实是:

计算至少使用int大小，例如：

short a = 5;
short b = 10;
short c = a + b;

这个代码片段包含三个隐式转换。 a 和 b 被转换为 int 并相加。结果被再次转回 short。你无法避免它，因为在 C++ 中的算术运算至少使用 int 大小，这被称为整数提升。

实际上，大多数转换都会被编译器避免。 优化器也将删除许多转换。

- Thomas Sablik

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但所有这些转换都是假设的。结果必须与假定进行这些转换所计算出的结果相匹配。实际上，根据 CPU 架构，在实践中它们经常可以完全忽略。 - TonyK

编译器在这个过程中进行任何转换吗？ - IssamTP

@IssamTP "编译器"是什么？哪个编译器呢？有很多不同的编译器，它们的行为也不同。 - Thomas Sablik

同意@TonyK的观点。只需比较这两个添加short/int数组的函数：https://godbolt.org/z/KnxEJA。显然，GCC针对AVX2使用打包的16位加法进行`short`(`vpaddw`指令)操作，因此不需要转换为`int`。 - Daniel Langr

Answer 2

通常情况下，当一个short类型的变量传入函数时，它会被转换成int类型。这就需要额外生成一些代码来完成这个过程。因此，即使你定义了一个short类型的变量，函数也会将其视为int类型。

- Michael Bianconi

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甚至可以使用long类型，如果参数通过64位寄存器传递：https://godbolt.org/z/FFd4-7。 - Daniel Langr