C语言——选择合适的整数类型
不同整数类型的大小关系
为了适应不同的机器,C标准并没有规定各种整数类型的准确大小,而只是给出了不同整数类型的大小关系,具体如下:
long long >= long >= int >= short > char |
不同整数类型允许的最小大小
C标准虽然没有规定整数类型的大小,但是却规定了允许的最小大小,具体如下:
类型 | 最小位宽 | 无符号取值范围 |
---|---|---|
short | 16位 | [0, 65535] |
int | 16位 | [0, 65535] |
long | 32位 | [0, 4294967295] |
long long | 64位 | [0, 18446744073709551615] |
注意,以上只是C标准规定的最小大小,实际大小可能会更大,这取决于的不同的机器和实现。
精确控制大小
如果对数据的位宽有精确要求,那么可查看不同机器和实现下的limits.h
头文件,该文件指明了特定平台下不同整数类型的具体取值范围。
可根据该头文件内容并结合typedef
关键字定义精确位宽的整数类型,如定义 uint32_t、uint16_t、uint8_t等类型,这样做的一个好处是方便将代码移植到不同的机器。
类型提升的陷阱
不同长度的数据之间进行位运算时,数据长度小的会对高位数据进行填充,对于无符号整型,高位一律补0;对于有符号整型,按符号位(最高位)对齐,若为正数(符号位为0),则左侧补满0,若为负数(符号位为1),左端补满1。
机器自然字长与int类型长度
字(word)是设计计算机时给定的自然储存单位,字长是指一个字的位数,是CPU一次存取、传送、处理数据的数据长度,字长取决于CPU数据总线的位宽,而非地址总线的位宽。
自然字长是CPU运算速度最快的数据长度,由于其等于CPU的数据位宽,因此无需额外的对数据进行处理(分次处理或截断)。所以,如果对运算速度有要求,一般选择数据长度与自然字长相匹配的数据类型。
需要说明的一点是,int类型的长度并不一定就是机器的自然字长,int类型的长度与机器的自然字长有关,但最终取决于编译器。比如,我们所熟悉的51单片机其自然字长是8位,但在keil C51中编译代码时,int类型所占长度为16位。
通常对于8位、16位机来说int类型长度为16位,而对于32位、64位机来说int类型长度为32位,这个取决于编译器,可以使用sizeof运算符计算具体长度,或者查看limits.h
头文件中的宏定义来确定。
空间与时间的权衡
当内存紧张,空间要求严格时,应尽量使用能满足要求的最小位宽的整数类型。但是有一点要注意,由于参数传递是通过入栈和出栈实现的,当参数类型的位宽小于栈位宽(POP/PUSH指令的数据位宽)时,会被提升至栈位宽。因此,参数类型使用小于栈位宽的整数类型时并不会节省内存空间。
对执行时间要求严格时,应尽量使用与机器自然字长对应的整数类型。参数传递时不要使用小于栈位宽的整数类型,这会产生额外的开销。