‘long’ 是否保证至少为 32 位？

Question

通过阅读 C++ 标准，我一直明白 C++ 中整数基本类型的大小如下：

sizeof(char) <= sizeof(short int) <= sizeof(int) <= sizeof(long int)

我从 3.9.1/2 推导出来：

有四种有符号整数类型：“signed char”、“short int”、 “int”和“long int”。在这份名单中， 每种类型至少提供同样多的 存储与其前面的存储相同 列表。普通整数具有自然大小 由架构建议 执行环境

此外，char的大小在3.9.1/中描述为：

1. [...]足够大，可以存储实现的基本字符集的任何成员。

1.7/1 对此进行了更具体的定义：

1. C++内存模型中的基本存储单位是字节。一个字节至少足够大以包含基本执行字符集的任何成员，并且由连续的位序列组成，其数量是实现定义的。

这使我得出以下结论：

1 == sizeof(char) <= sizeof(short int) <= sizeof(int) <= sizeof(long int)

其中 sizeof 告诉我们该类型有多少字节。此外，一个字节中有多少位是由实现定义的。我们大多数人可能习惯于处理 8 位字节，但标准规定一个字节中有 n 位。

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在这篇文章中，Alf P. Steinbach 说：

long 保证（至少）32 位。

这与我所理解的 C++ 中根据标准的基本类型的大小的一切背道而驰。通常情况下，我会认为这个说法是初学者的错误，但由于这是阿尔夫，我认为值得进一步调查。

那么，你说呢？标准是否保证 long 至少为 32 位？如果是，请具体说明如何做出此保证。我就是没看到。

1. C++ 标准明确规定，为了了解 C++，您必须了解 C (1.2/1) ¹

2. C++ 标准隐式定义了 long 可以容纳的值的最小限制为 LONG_MIN-< code>LONG_MAX ²

因此，无论 long 有多大，它都必须足够大以容纳 LONG_MIN 到 LONG_MAX。

但 Alf 和其他人明确长整型必须至少为 32 位。这就是我想要建立的。 C++ 标准明确规定一个字节中的位数没有指定（可以是 4、8、16、42）那么如何才能容纳数字 LONG_MIN-LONG_MAX 至少为 32 位？

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(1) 1.2/1：下列引用文件对于本文件的应用是必不可少的。对于注明日期的参考文献，仅引用的版本适用。对于未注明日期的参考文献，适用参考文件的最新版本（包括任何修订）。

• ISO/IEC 2382（所有部分），信息技术 – 词汇
• ISO/IEC 9899:1999，编程语言 – C
• ISO/IEC 10646-1:2000，信息技术 – 通用多八位字节编码字符集 (UCS) – 第 1 部分：架构与基础多语言平面

（2）在中定义为：

LONG_MIN -2147483647 // -(2^31 - 1)
LONG_MAX +2147483647 //   2^31 - 1

Answer 1

C++ 使用 C 标准中定义的限制（C++：18.3.2 (c.limits)、C：5.2.4.2.1）：

LONG_MIN -2147483647 // -(2^31 - 1)
LONG_MAX +2147483647 //   2^31 - 1

因此可以保证 long 至少为 32 位。

如果您想通过漫长的迂回路线来确定 LONG_MIN/LONG_MAX 是否可以由 long 表示，您必须查看 18.3.1.2 C++ 标准中的 (numeric.limits.members)：

static constexpr T min() throw(); // Equivalent to CHAR_MIN, SHRT_MIN, FLT_MIN, DBL_MIN, etc.
static constexpr T max() throw(); // Equivalent to CHAR_MAX, SHRT_MAX, FLT_MAX, DBL_MAX, etc.

我将脚注移至注释中，因此它并不完全是标准中出现的内容。但它基本上意味着 std::numeric_limits::min()==LONG_MIN==(long)LONG_MIN 和 std::numeric_limits::max()= =LONG_MAX==（长）LONG_MAX。

因此，即使 C++ 标准没有指定（有符号）负数的按位表示，它也必须是二进制补码并且总共需要 32 位存储空间，或者它具有显式符号位，这意味着它具有也是 32 位存储。

Answer 2

答案是肯定的。阅读我的 OP 和所有评论以了解确切原因，但这是简短的版本。如果您对此有任何疑问或疑问，我鼓励您阅读整个帖子和所有评论。否则接受这一点：

1. C++ 标准包含 C 标准的一部分，包括 LONG_MIN 和 LONG_MAX 的定义
2. LONG_MIN 被定义为不大于比 -2147483647
3. LONG_MAX 被定义为不小于 +2147483647
4. 在 C++ 中，整数类型在底层表示中以二进制形式存储，
5. 以便表示 <二进制的 code>-2147483647 和 +2147483647 ，您需要 32 位。
6. C++ long 保证能够表示 LONG_MIN 到 LONG_MAX 的最小范围，

因此 long 必须至少为 32 位¹ 。

编辑：

LONG_MIN 和 LONG_MAX 的值的大小由第 §5.2.4.2.1 节中的 C 标准 (ISO/IEC 9899:TC3) 规定：

[...]它们的实现定义的值应等于或大于所示的值[...]（绝对值），并具有相同的符号[...]

— minimum value for an object of type long int
LONG_MIN -2147483647 // -(2 ^ 31 - 1)
— maximum value for an object of type long int
LONG_MAX +2147483647 // 2 ^ 31 - 1

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¹ 32位：这并不意味着sizeof(long)>=4，因为一个字节不一定是8位。根据该标准，字节是一些未指定的（平台定义的）位数。虽然大多数读者会觉得这很奇怪，但确实存在 CHAR_BIT 为 16 或 32 的硬件。

Answer 3

C++ 标准指出 的内容与 C 标头 相同（ISO C++03 文档中的 18.2.2） ）。

不幸的是，我没有 C++98 之前存在的 C 标准（即 C90）的副本，但在 C99（第 5.2.4.2.1 节）中，必须至少有这个最小值。我认为这与 C90 相比没有改变，除了 C99 添加了 long long 类型。

— minimum value for an object of type long int

LONG_MIN -2147483647 // −(2^31 − 1)

— maximum value for an object of type long int

LONG_MAX +2147483647 // 2^31 − 1

— maximum value for an object of type unsigned long int

ULONG_MAX 4294967295 // 2^32 − 1

— minimum value for an object of type long long int

LLONG_MIN -9223372036854775807 // −(2^63− 1)

Answer 4

是的，C++ 标准明确表示未指定字节中的位数。 long 中的位数也未指定。

对数字设置下限并不是指定它。

C++ 标准在一个地方说：

1 == sizeof(char) <= sizeof(short) <= sizeof(int) <= sizeof(long).

实际上，在另一个地方，通过包含 C 标准：（

CHAR_BITS >= 8; SHORT_BITS >= 16; INT_BITS >= 16; LONG_BITS >= 32

除了 AFAIK，标识符 SHORT_BITS、INT_BITS 和 LONG_BITS 不存在，并且这些限制是由类型上最小值的要求。）

这是因为从数学上来说，需要一定数量的位来编码 LONG_MIN..LONG_MAX 范围内的所有值（例如，长整型）。

最后，shorts、ints 和 longs 都必须由整数个字符组成； sizeof() 始终报告整数值。此外，逐个字符地遍历内存必须访问每一位，这带来了一些实际限制。

这些要求在任何方面都没有不一致。任何满足要求的尺寸都可以。

很久以前就有机器的本机字长为 36 位。如果您要将 C++ 编译器移植到它们，您可以合法地决定在 char 中使用 9 位，在short 和 int 中使用 18 位，在 long 中使用 36 位。您还可以合法地决定在每种类型中使用 36 位，这与当今典型的 32 位系统上的 int 可以使用 32 位的原因相同。现实世界中存在使用 64 位字符的实现。

另请参阅 C++ FAQ Lite 的第 26.1-6 和 29.5 节。

Answer 5

但是阿尔夫和其他人明确指出
long 必须至少为 32 位。这是
我正在努力建立什么。 C++
标准明确规定了数量
未指定字节中的位数。
可能是 4、8、16、42...那么怎么样呢？
连接由能够
容纳数字
LONG_MIN-LONG_MAX 至少为 32
位？

您需要在值表示中使用 32 位才能获得至少那么多位模式。由于 C++ 需要整数的二进制表示（标准中的明确语言，§3.9.1/7），QED