数据类型之整型

整型（Integer Types）全面解析

一、整型分类体系

1. 基本整型（标准规定的最小尺寸）

类型	最小位数	典型尺寸（64位系统）	取值范围（典型）
char	8位	8位（1字节）	-128~127 或 0~255
short	16位	16位（2字节）	-2^15 ~ 2^15-1
int	16位	32位（4字节）	-2^31 ~ 2^31-1
long	32位	32或64位	-2^31 ~ 2^31-1 或 -2^63 ~ 2^63-1
long long	64位	64位（8字节）	-2^63 ~ 2^63-1

2. 符号修饰符

• signed：有符号（默认，可省略）
• unsigned：无符号（仅非负值）

unsigned int positive = 42;   // 0~4.2e9
signed char temperature = -5; // -128~127

3. 尺寸精确类型（C++11）

#include <cstdint>
int8_t  small;    // 精确8位
int32_t medium;   // 精确32位
uint64_t large;   // 无符号64位

二、关键特性深度解析

1. 字面量表示

int decimal = 42;          // 十进制
int octal = 052;           // 八进制（前导0）
int hex = 0x2A;            // 十六进制（0x前缀）
unsigned long long big = 10'000'000; // C++14数字分隔符

2. 类型转换规则

• 整数提升：小类型运算前自动提升为int

  short a = 10;
  short b = 20;
  auto c = a + b; // c是int类型，非short！
  

• 符号转换：混合运算时自动转换

  unsigned u = 10;
  int i = -5;
  auto r = u + i; // 可能溢出！r为unsigned
  

3. 溢出处理（未定义行为）

int max = INT_MAX; // 2147483647
max++;             // 未定义行为！可能变为-2147483648

三、典型陷阱与解决方案

1. 符号比较陷阱

unsigned int u = 10;
int i = -5;

// 错误：负数转为大正数
if (i < u) { 
    // 实际：-5 → 4294967291 > 10
    // 此代码块不会执行！
}

解决方案：

// 正确比较方式
if (i < 0 || static_cast<unsigned>(i) < u) {
    // 安全比较逻辑
}

2. 类型推导陷阱

auto size = vector.size(); // size_t（无符号）
for (int i = 0; i < size - 1; ++i) {
    // 当size=0时：size-1=4294967295 → 死循环！
}

解决方案：

// 正确方式1：统一使用size_t
for (size_t i = 0; i < size; ++i)

// 正确方式2：C++20范围循环
for (auto& item : vector)

3. 移位操作陷阱

int a = 1 << 31;    // 有符号左移31位 → 未定义行为
uint32_t b = 1 << 31; // 无符号安全移位

解决方案：

// 安全移位：使用无符号类型
auto flags = uint32_t{1} << 31;

四、最佳实践指南

1. 精确类型选择原则

   // 优先选择
   uint8_t for_buffer[1024];  // 内存敏感场景
   int32_t for_counter;       // 通用计数器
   size_t for_index;          // 容器索引/大小
   

2. 避免隐式转换

   // 使用显式转换
   auto value = static_cast<uint16_t>(large_num);
   

3. 边界检查工具

   #include <limits>
   if (input > std::numeric_limits<int16_t>::max()) {
       throw std::overflow_error("Input too large");
   }
   

4. C++20安全整数库

   #include <utility>
   auto [result, overflow] = std::add_overflow(a, b);
   if (overflow) { /* 处理溢出 */ }
   

五、平台移植性策略

1. 尺寸相关代码

   // 避免直接假设尺寸
   #if INTPTR_MAX == INT64_MAX
       // 64位平台代码
   #elif INTPTR_MAX == INT32_MAX
       // 32位平台代码
   #endif
   

2. 字节序处理

   #include <bit>
   if constexpr (std::endian::native == std::endian::little) {
       // 小端序处理
   }
   

3. 类型别名技巧

   using FileSize = uint64_t; // 跨平台统一类型
   

终极建议：

1. 索引/大小 始终用size_t
2. 位操作 始终用无符号类型
3. 网络传输 使用固定尺寸类型（如uint32_t）
4. 财务计算 避免整型（用decimal库）
5. 关键计算 必须添加溢出检查