在 C 中什么整数宽度处理得更快？

Question

在 32 位 CPU 上使用 16 位宽度或 32 位宽度整数时，速度有差异吗？或者，64 位架构上的 32 位与 64 位 int 比较？

换句话说，如果我有一些适合 uint16_t 范围的值，如果性能很重要，我应该使用“unsigned int”吗？

Answer 1

标头为“至少具有某些指定宽度的最快整数类型”提供了 typedef，这对您的情况可能会有所帮助：

以下每种类型都指定
通常是整数类型
其中操作速度最快
整数类型至少具有
指定宽度。

typedef 名称
int_fastN_t 指定最快的
宽度为 at 的有符号整数类型
至少 N。 typedef 名称 uint_fastN_t
指定最快的无符号
宽度至少为的整数类型
N.

需要以下类型：

int_fast8_t uint_fast8_t  
int_fast16_t uint_fast16_t  
int_fast32_t uint_fast32_t  
int_fast64_t uint_fast64_t  

Answer 2

除了构建固定布局的二进制结构或大型数据数组（其中大于必要的大小可能会导致大量内存浪费）之外，您永远不应该使用固定大小的整数类型。

我能想到的 uint16_t 或 int16_t 唯一好的用途是 16 位音频样本（仍然是音频的主要格式）。否则，只需使用您知道足够大的普通类型。 int 始终至少为 16 位，在 POSIX 和 Windows 上至少为 32 位。

如果您需要存储对象的数量，请始终使用 size_t，如果您需要存储文件偏移量，请始终使用 off_t（遗憾的是仅在 POSIX 上可用）。

Answer 3

通常所有操作都是在机器的本机单词上执行的，因此当使用较小的类型时，您可能会受到较小的惩罚（例如，当需要 int 时，传递一个 short int 会使用符号扩展操作码）。但是，如果可以使用 SSE 指令，它们会更快！

当然，使用比机器字更大的类型时，惩罚会更大:)
另外，请小心有符号/无符号操作数，在某些情况下它可能会有所不同。

在这里您可以找到更多相关信息。

Answer 4

这高度依赖于 CPU，并且没有可靠的方法可以在运行之前知道这一点，特别是因为您没有询问特定的 CPU...

通常认为 16 位算术在 64 位计算机上效率低下，而 32 位计算机则认为 16 位算术在 64 位计算机上效率较低。位算术应该执行得更快或与 64 位算术一样快，但正如我所说，您的里程可能会有所不同，尤其是对于未来的 CPU。

如果您事先不知道目标 CPU 并且这是对时间非常敏感的代码，您可能希望以两种方式实现它，让您的软件在启动时运行快速基准测试，然后使用更快的路径。

Answer 5

在许多情况下，您提出的问题并不正确，只有当您使用整数数据进行大量计算而不需要太多加载或将它们存储到内存中时，才应该关注这个问题。这只能通过对特定程序进行基准测试来检查。

对于所有其他程序，正确性和可移植性（按顺序）应该更受关注。因此，您应该始终使用 C（也许还有您的平台）为特殊目的而预见的“通用”类型和 typedef。

• 任何类型的计数和索引
  应该用size_t来完成。
• 差异和相对位置
  应该使用 ptrdiff_t 来完成。
• 标准的错误和返回代码
  库或系统调用通常是
  int。
• 字符串使用 char 或
  wchar_t。

这些类型通常非常适合 CPU 寄存器，并且编译器知道可以生成高效的代码。所有其他整数类型都有特殊用途，否则应避免使用。特别是，宽度小于 int 的宽度对于算术没有多大用处，因为标准强制将它们提升为 int 或 在任何类型的操作之前都未签名。