为什么类型总是一个特定的大小，不管它的值？

Question

int myInt = 255;

Answer 1

编译器应该为某些机器生成汇编程序（并最终生成机器代码），通常C++会尝试与该机器保持一致。

对底层机器的同情大致上意味着：使编写C++代码变得容易，这些代码将有效地映射到机器可以快速执行的操作上。因此，我们希望在硬件平台上提供对快速和“自然”的数据类型和操作的访问。

具体地说，考虑一个特定的机器体系结构。就拿目前的英特尔x86家族来说吧。

因此，我们希望编译器在编译简单的C++整数运算时使用这些EAX、EBX等寄存器。这意味着当我声明一个int时，它应该是与这些寄存器兼容的东西，这样我就可以高效地使用它们。

寄存器的大小总是相同的（这里是32位），所以我的int变量也总是32位。我将使用相同的布局(little-endian)，这样我就不必每次将变量值加载到寄存器中或将寄存器存储回变量中时都进行转换。

使用godbolt，我们可以看到编译器对一些琐碎的代码做了什么：

int square(int num) {
    return num * num;
}

square(int):
  imul edi, edi
  mov eax, edi
  ret

null

unsigned mult (unsigned x, unsigned y)
{
    return x*y;
}

mult(unsigned int, unsigned int):
  mov eax, edi
  imul eax, esi
  ret

具有非标准宽度的等效代码

struct pair {
    unsigned x : 31;
    unsigned y : 31;
};

unsigned mult (pair p)
{
    return p.x*p.y;
}

mult(pair):
  mov eax, edi
  shr rdi, 32
  and eax, 2147483647
  and edi, 2147483647
  imul eax, edi
  ret

所有额外的指令都涉及到将输入格式（两个31位无符号整数）转换为处理器可以本机处理的格式。如果我们想将结果存储回一个31位的值，那么将会有另外一个或两个指令来执行此操作。

这种额外的复杂性意味着只有在节省空间非常重要的时候才会考虑这个问题。在本例中，与使用本机unsigned或uint32_t类型相比，我们只节省了两个位，后者生成的代码要简单得多。

这和变长编码有很大的不同--我使用过其中的一些，它们很糟糕。每次加载都变成一个循环，而不是单个指令。每个商店也是一个循环。每个结构都是可变长度的，所以你不能自然而然地使用数组。

在随后的评论中，您一直在使用“高效”这个词，据我所知，在存储大小方面。我们有时确实会选择最小化存储大小--当我们将大量的值保存到文件或通过网络发送时，这一点很重要。折衷的是，我们需要将这些值加载到寄存器中，以便对它们进行任何操作，而执行转换并不是免费的。

当我们讨论效率时，我们需要知道我们在优化什么，以及权衡是什么。使用非本机存储类型是以处理速度换取空间的一种方法，有时也是有意义的。使用可变长度存储（至少用于算术类型），以更高的处理速度（以及代码复杂度和开发人员时间）换取通常最小的空间进一步节省。