如何在大多数平台上使用C99标准类型以实现最大的可移植性和效率?

首先,这是我理解并思考问题的真实情况。

  1. 对单个变量(如计数器或循环索引)使用快速数据类型。 例如:

     #define LOOP_COUNT (100U) uint_fast8_t index; for(index = 0; index < LOOP_COUNT; index++){ /* Do something */ } 

    我想这里最合适的类型是uint_fast8_t因为index永远不会超过255,这将是所有平台上最快的实现。 如果我使用unsigned int代替它,它将在> = 16位平台中最快,但在<16位平台中将更慢,因为int是标准的最小16位。 此外,如果我使用uint8_t ,它将在> 8位平台上变慢,因为编译器添加AND 0xFF指令来检查每个增量的溢出(我的ARM7编译器甚至在全速优化时也这样做)。 size_t也不是一个选项,因为它可能大于本机整数大小。

    如果预计8位溢出,那么这边是坏的(?),它就不会发生。 程序员应该手动检查溢出(因为他/她应该恕我直言),这可能会导致错误的代码,如果忘记。 此外,如果LOOP_COUNT在8位平台上“意外”设置为大于255的值,编译器(甚至PC-Lint让我惊讶)也不会发出任何警告/问题,但警告将在8位平台上生成,这将降低可移植性并引入错误,但这可以通过#if检查来避免。

  2. 如果像数组或结构中那样关注内存使用情况,请尽可能使用最少的数据类型。 例如:

     uint_least8_t array[100]; 

    如果关注内存使用情况,它是最便携,最有效的声明数组的方法。 如果平台上可以进行字节访问,则此类型将提供字节数组,否则将提供最小的可访问宽度整数数组。 此外,如果我们有结构数组,则可以在结构中使用最少类型。

    最小类型也可能遇到快速类型的问题,因为对于这两种情况,可以在不同平台上改变变量的宽度。

  3. 尽可能避免使用固定宽度的数据类型,因为在某些平台上它们甚至可能不存在,除了硬件寄存器访问,通信协议映射等,我们需要知道变量的确切位。 例如:

     typedef struct { uint8_t flags; uint8_t length; uint8_t data[100]; uint16_t crc; } __attribute__((packed)) package_t; 

    通常应使用__attribute__((packed)) (或类似的东西)来确保不会为这些情况插入填充,因为这本身就是一个问题。

现在,如果我的理解是正确的,我认为最不可能在数组或结构中使用最少的数据类型,快速数据类型更可能用于单个变量,并且不太可能使用固定数据类型以实现最大化便携性和效率。 但每次输入“快速”和“最少”并不令人鼓舞。 所以,我想到一个类型集如下:

  typedef [u]intN_t os_[u|s]exactN_t; typedef [u]int_fastN_t os_[u|s]N_t; /* I couldn't come up with a better name */ typedef [u]int_leastN_t os_[u|s]minN_t; /* These may change */ typedef uint_least8_t os_byte_t; typedef uint_least16_t os_word_t; /* ... */ 
  • 首先,重要的问题是,我的理解是真的吗?
  • 什么是最便携和有效的方式使用C99标准类型,如果它不是真的你会如何声明它们?
  • 我的类型集是否有意义或是否可能产生错误的代码?

此外,我很高兴知道您使用C99标准类型的方式和位置。

编写高度可移植的代码很难。 编写最佳且可正常工作的高度可移植代码更加困难。

在大多数情况下,如果可行,我建议使用基本类型,如intchar等,而不是uint8_tuint8_fast_tintchar类型保证存在。 毫无疑问。 当然,有时我们需要代码中的特定行为,这将需要特定类型 – 但如果系统不支持该类型,则该代码很可能会中断。

对于您的第一个示例,除了您的代码旨在(也)在8位处理器上运行之外,您使用int性能极不可能。 在16位,32位或64位处理器上,本机大小对于循环来说是最快的(无符号在64位计算机上略胜一筹,因为它不需要符号扩展)。

在你的第二个例子中,只有当数组足够大以保证节省空间而不是使用charintshort或对内容有意义的任何内容时,它才真正重要。 在现代机器上(包括许多嵌入式平台,甚至在使用堆栈时),400字节并不是那么多。

对于您的第三个示例,显然,对于协议,您将需要使用与协议定义完全匹配的类型,否则会出错。 在不支持正确类型的平台上,必须以某种特定于平台的方式解决这个问题 – 如何解决这个问题将取决于平台实际支持的内容。

那么,回答你的具体问题:

  • 好像你了解整体概念。 但是,如果这有意义的话,你似乎也试图将它推进到需要推动的程度。
  • 不适用。
  • 过度使用“特殊类型”变量可能会:

    1. 慢下来,
    2. 可能会导致错误,特别是如果它没有得到一致使用。

还要记住,性能通常是10%的代码占用90%的时间。 了解代码花费时间(正常使用情况下)的位置至关重要。 当然,在将代码移植到不同的系统和不同的体系结构时,您可能会发现性能瓶颈会根据处理器速度,缓存大小和内存速度之间的关系而发生变化。 具有高处理器速度但(实际上)小缓存的系统有时比具有较低时钟速度和较大缓存的类似系统执行得更差,仅作为一个示例。