帕秋莉的魔法筆記

C++ 中倒序存取陣列的型別問題

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Patchouli
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前言

問題起源於這個迴圈，有時，我們會需要倒著存取陣列的元素。

std::vector<int> xs(10);

for (size_t i = 9; i >= 0; --i) {
    // ... xs[i]
}

這一部份有個問題，就是這會是無窮迴圈。

一個保留 size_t 型別的方式，是這樣寫：

for (size_t i = 9 + 1; i--;) {
    // ... xs[i]
}

這種寫法雖然不會對正確性產生影響，但是可能會對可讀性和可維護性造成一定程度的負面影響。

有沒有其他方式？在這裏，我們不考慮直接使用 int64_t 之類的，我們希望有一個型別在語意上可以符合我們需求的地方。

size_t

size_t 會要是 sizeof 的回傳型別，大小通常就會是 cpu 的位元數，例如 64 位元的 cpu 就是 64 bits ，因為他需要代表一個物件的大小。

STL 文件明確的指出，它必然會是無號整數型別，也就是說，上面 for 迴圈 --i 的部分會讓 i 從 0 跳到 size_t 的最大值。

ssize_t

在POSIX標準中，ssize_t是一種整數型別，用於表示一個有符號的整數，其大小足以容納某些操作的結果，例如讀寫一個文件。該型別在POSIX標準中的定義如下：

typedef long int ssize_t;

根據 Open Group 的文件 裡面，ssize_t 主要用於

  1. byte 數量

  2. error 意思的回傳值

ssize_t

Used for a count of bytes or an error indication

距離我們需要的語意上來說，仍然有一點點差距。

ptrdiff_t

在 c++ 20 裡面，有提供了一個叫做 std::ssize 的函數。他會讓一個陣列的大小（或 .size()）以「有號」的方式回傳：

template< class T, std::ptrdiff_t N >
constexpr std::ptrdiff_t ssize( const T (&array)[N] ) noexcept;

template< class C >
constexpr auto ssize( const C& c )
    -> std::common_type_t<std::ptrdiff_t,
                          std::make_signed_t<decltype(c.size())>>;

這時我們可以注意到，它其實不是回傳 ssize_t ，而是另一個叫做 ptrdiff_t 的東西。

在 STL 文件裡面，它會是「兩個指針的差」。

std::ptrdiff_t is the signed integer type of the result of subtracting two pointers.

距離我們需要的語意上來說，仍然有一點點差距。

一些結論

就使用 ssize_t 或 ptrdiff_t 上來說，或多或少都要確認實際運作範圍以及可移植性（POSIX），語意上仍然有點不一。不過 ptrdiff_t 比 ssize_t 比較好的地方在於他是 STL 就有的東西。要選擇把 size_t 換掉的話，我偏向 ptrdiff_t 。

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