size_t 与 uintptr_t

Question

C 标准保证 size_t 是可以保存任何数组索引的类型。这意味着，从逻辑上讲，size_t 应该能够保存任何指针类型。我在 Google 上发现的一些网站上读到，这是合法的和/或应该始终有效：

void *v = malloc(10);
size_t s = (size_t) v;

因此，在 C99 中，标准引入了 intptr_t 和 uintptr_t类型，有符号和无符号类型保证能够保存指针：

uintptr_t p = (size_t) v;

那么使用 size_t 和 uintptr_t 之间有什么区别？两者都是无符号的，并且都应该能够保存任何指针类型，因此它们在功能上看起来是相同的。除了清晰之外，是否有任何真正令人信服的理由使用 uintptr_t （或者更好的是 void *）而不是 size_t ？在不透明的结构中，字段仅由内部函数处理，有什么理由不这样做？

出于同样的原因，ptrdiff_t 是一种能够保存指针差异的有符号类型，因此能够保存大多数任何指针，那么它与 intptr_t 有何不同？

所有这些类型不是基本上都提供相同功能的不同版本吗？如果没有，为什么？有哪些是我不能对其中一个做而我不能对另一个做的？如果是这样，为什么 C99 向该语言添加了两种本质上多余的类型？

我愿意忽略函数指针，因为它们不适用于当前的问题，但请随意提及它们，因为我偷偷怀疑它们将是“正确”答案的核心。

Answer 1

size_t 是一种可以保存任何数组索引的类型。这意味着，
从逻辑上讲， size_t 应该能够
保留任何指针类型

不一定！回想一下分段 16 位架构的时代，例如：一个数组可能仅限于单个段（因此 16 位 size_t 就可以），但是您可以有多个段（因此 32 位需要 -bit intptr_t 类型来选择段及其内的偏移量）。我知道这些事情在当今统一可寻址的未分段架构中听起来很奇怪，但标准必须满足比“2009 年的正常情况”更广泛的多样性，你知道！-）

Answer 2

关于您的发言：

“C 标准保证 size_t 是可以保存任何数组索引的类型。这意味着，从逻辑上讲，size_t 应该能够保存任何指针类型。 ”

不幸的是，这是不正确的。指针和数组索引不是一回事。设想一种将数组限制为 65536 个元素但允许指针将任何值寻址到巨大的 128 位地址空间的一致实现是非常合理的。

C99 规定，size_t 变量的上限由 SIZE_MAX 定义，可以低至 65535（请参阅 C99 TR3，7.18.3，在 C11 中未更改）。如果指针在现代系统中被限制在这个范围内，那么它们将受到相当的限制。

在实践中，您可能会发现您的假设成立，但这并不是因为标准保证了这一点。因为它实际上并不能保证这一点。

Answer 3

我会让所有其他答案代表自己关于段限制、奇异架构等的推理。

难道简单的名称差异不足以为正确的事情使用正确的类型吗？

如果您要存储尺寸，请使用 size_t。如果您要存储指针，请使用intptr_t。阅读你的代码的人会立即知道“啊哈，这是某个东西的大小，可能以字节为单位”，并且“哦，由于某种原因，这是一个被存储为整数的指针值”。

否则，您可以只使用 unsigned long （或者，在现代，unsigned long long）来处理所有事情。大小并不代表一切，类型名称具有有用的含义，因为它有助于描述程序。

Answer 4

最大数组的大小可能小于指针。考虑分段架构 - 指针可能是 32 位，但单个段可能只能寻址 64KB（例如旧的实模式 8086 架构）。

虽然这些不再在台式机中普遍使用，但 C 标准旨在支持甚至小型的专用体系结构。例如，仍然有一些使用 8 位或 16 位 CPU 的嵌入式系统正在开发中。

Answer 5

我想（这适用于所有类型名称）它可以更好地在代码中传达您的意图。

例如，尽管 unsigned short 和 wchar_t 在 Windows 上的大小相同（我认为），但使用 wchar_t 而不是 unsigned Short 表明您将使用它来存储宽字符，而不仅仅是一些任意数字。

Answer 6

回顾过去和未来，并回想起各种奇怪的架构分散在景观中，我很确定他们正在尝试包装所有现有系统，并为所有可能的未来系统提供支持。

可以肯定的是，按照事情的解决方式，我们到目前为止不需要那么多类型。

但即使在 LP64（一种相当常见的范例）中，我们也需要 size_t 和 ssize_t 作为系统调用接口。人们可以想象一个更加受限的遗留系统或未来系统，其中使用完整的 64 位类型的成本很高，并且他们可能希望在大于 4GB 的 I/O 操作上下注，但仍然拥有 64 位指针。

我想你一定想知道：可能已经开发了什么，将来可能会发生什么。 （也许是 128 位分布式系统互联网范围的指针，但系统调用中不超过 64 位，甚至可能是“遗留”32 位限制。:-) 遗留系统可能会获得新的 C 编译器。另外

，看看当时周围存在什么。除了无数的 286 实模式内存模型之外，CDC 60 位字/18 位指针主机又如何呢？克雷系列怎么样？别介意普通的 ILP64、LP64、LLP64。 （我一直认为微软对 LLP64 很自命不凡，它应该是 P64。）我当然可以想象一个委员会试图涵盖所有基础......

Answer 7

size_t 与 uintptr_t

除了其他好的答案之外：

size_t 是在 、中定义的。 h>、、、、、。它至少是 16 位的。

uintptr_t 在 中定义。它是可选。兼容的库可能不会定义它，可能是因为没有足够宽的整数类型来往返 void*-uintptr_t-void *。

两者都是无符号整数类型。

注意：可选伴随intptr_t是一个有符号整数类型。

Answer 8

int main(){
  int a[4]={0,1,5,3};
  int a0 = a[0];
  int a1 = *(a+1);
  int a2 = *(2+a);
  int a3 = 3[a];
  return a2;
}

这意味着 intptr_t 必须始终替代 size_t，反之亦然。