Unterschied zwischen uint8_t, uint_fast8_t und uint_least8_t

Der C99-Standard führt die folgenden Datentypen ein. Die Dokumentation zur AVR-Standardbibliothek finden Sie hier .

• uint8_t bedeutet, dass es sich um einen 8-Bit-Typ ohne Vorzeichen handelt.
• uint_fast8_t bedeutet, dass es das schnellste int ohne Vorzeichen mit mindestens 8 Bit ist.
• uint_least8_t bedeutet, dass es sich um ein Int ohne Vorzeichen mit mindestens 8 Bits handelt.

Ich verstehe uint8_tund was ist uint_fast8_t(ich weiß nicht, wie es auf Registerebene implementiert ist).

1.Können Sie erklären, was die Bedeutung von "es ist eine unsigned intmit mindestens 8 Bits" ist?

2.Wie uint_fast8_tund uint_least8_thelfen Sie, die Effizienz / den Code-Speicherplatz im Vergleich zum uint8_t?

uint_least8_tist der kleinste Typ mit mindestens 8 Bits. uint_fast8_tist der schnellste Typ mit mindestens 8 Bit.

Sie können die Unterschiede erkennen, indem Sie sich exotische Architekturen vorstellen. Stellen Sie sich eine 20-Bit-Architektur vor. Es unsigned inthat 20 Bits (ein Register) und unsigned char10 Bits. Die sizeof(int) == 2Verwendung von charTypen erfordert jedoch zusätzliche Anweisungen, um die Register zu halbieren. Dann:

• uint8_t: ist undefiniert (kein 8-Bit-Typ).
• uint_least8_t: ist unsigned charder kleinste Typ mit mindestens 8 Bit.
• uint_fast8_t: ist unsigned int, weil in meiner imaginären Architektur eine Halbregistervariable langsamer ist als eine Vollregistervariable.

uint8_t bedeutet: gib mir ein vorzeichenloses int von genau 8 bit.

uint_least8_tbedeutet: gib mir den kleinsten Typ von Int ohne Vorzeichen, der mindestens 8 Bits hat. Optimieren Sie für den Speicherverbrauch.

uint_fast8_tbedeutet: gib mir ein vorzeichenloses int von mindestens 8 bit. Wählen Sie einen größeren Typ, wenn mein Programm dadurch aufgrund von Überlegungen zur Ausrichtung schneller wird. Geschwindigkeit optimieren.

Im Gegensatz zu den einfachen intTypen ist die signierte Version der oben genannten stdint.h-Typen garantiert das Komplement-Format von 2.

Die Theorie geht ungefähr so:

uint8_tmuss genau 8 Bit betragen, muss aber nicht vorhanden sein. Sie sollten es daher verwenden, wenn Sie sich auf das Modulo-256-Zuweisungsverhalten * einer 8-Bit-Ganzzahl verlassen und wenn Sie einen Kompilierungsfehler bevorzugen, um sich auf obskuren Architekturen schlecht zu verhalten.

uint_least8_tmuss der kleinste verfügbare vorzeichenlose Integer-Typ sein, der mindestens 8 Bit speichern kann. Sie würden es verwenden, wenn Sie den Speicherbedarf von Dingen wie großen Arrays minimieren möchten.

uint_fast8_tsoll der "schnellste" vorzeichenlose Typ sein, der mindestens 8 Bits speichern kann; Es ist jedoch nicht garantiert, dass es für eine bestimmte Operation auf einem bestimmten Prozessor die schnellste ist. Sie würden es bei der Verarbeitung von Code verwenden, der viele Operationen an dem Wert ausführt.

Die Praxis ist, dass die Typen "schnell" und "am wenigsten" nicht viel verwendet werden.

Die "kleinsten" Typen sind nur dann wirklich nützlich, wenn Sie sich für die Portabilität interessieren, um Architekturen mit CHAR_BIT! = 8 zu verschleiern, was die meisten Leute nicht tun.

Das Problem bei den "schnellen" Typen ist, dass "schnellste" schwer zu bestimmen sind. Ein kleinerer Typ kann eine geringere Belastung des Speicher- / Cache-Systems bedeuten, die Verwendung eines Typs, der kleiner als der native ist, erfordert jedoch möglicherweise zusätzliche Anweisungen. Darüber hinaus kann sich das Beste zwischen den Architekturversionen ändern, aber Implementierer möchten in solchen Fällen häufig vermeiden, dass ABI beschädigt wird.

Aus einigen gängigen Implementierungen geht hervor, dass die Definitionen von uint_fastn_t ziemlich willkürlich sind. glibc scheint sie als mindestens die "native Wortgröße" des fraglichen Systems zu definieren, ohne die Tatsache zu berücksichtigen, dass viele moderne Prozessoren (insbesondere 64-Bit-Prozessoren) eine spezifische Unterstützung für schnelle Operationen an Elementen haben, die kleiner als ihr natives Wort sind Größe. IOS definiert sie anscheinend als äquivalent zu den Typen mit fester Größe. Andere Plattformen können variieren.

Alles in allem sollten Sie, wenn die Leistung von straffem Code mit winzigen Ganzzahlen Ihr Ziel ist, Ihren Code auf den Plattformen, die Sie interessieren, mit unterschiedlich großen Typen vergleichen, um herauszufinden, was am besten funktioniert.

* Beachten Sie, dass das Zuweisungsverhalten von Modulo-256 leider nicht immer eine Modulo-256-Arithmetik impliziert, da C eine Fehlfunktion für die Ganzzahl-Promotion aufweist.

Einige Prozessoren können bei kleineren Datentypen nicht so effizient arbeiten wie bei großen. Zum Beispiel gegeben:

uint32_t foo(uint32_t x, uint8_t y)
{
  x+=y;
  y+=2;
  x+=y;
  y+=4;
  x+=y;
  y+=6;
  x+=y;
  return x;
}

wenn ywaren uint32_tein Compiler für die ARM Cortex-M3 könnte einfach erzeugen

add r0,r0,r1,asl #2   ; x+=(y<<2)
add r0,r0,#12         ; x+=12
bx  lr                ; return x

aber da yist uint8_tder compiler müsste stattdessen generieren:

add r0,r0,r1          ; x+=y
add r1,r1,#2          ; Compute y+2
and r1,r1,#255        ; y=(y+2) & 255
add r0,r0,r1          ; x+=y
add r1,r1,#4          ; Compute y+4
and r1,r1,#255        ; y=(y+4) & 255
add r0,r0,r1          ; x+=y
add r1,r1,#6          ; Compute y+6
and r1,r1,#255        ; y=(y+6) & 255
add r0,r0,r1          ; x+=y
bx  lr                ; return x

Der beabsichtigte Zweck der "schnellen" Typen bestand darin, Compilern zu ermöglichen, kleinere Typen, die nicht effizient verarbeitet werden konnten, durch schnellere zu ersetzen. Leider ist die Semantik "schneller" Typen eher schlecht spezifiziert, was wiederum trübe Fragen darüber aufwirft, ob Ausdrücke mit vorzeichenbehafteter oder vorzeichenloser Mathematik bewertet werden.

1.Können Sie erklären, was die Bedeutung von "Es ist ein Int ohne Vorzeichen mit mindestens 8 Bits" bedeutet.

Das sollte offensichtlich sein. Dies bedeutet, dass es sich um einen vorzeichenlosen Integer-Typ handelt und dass seine Breite mindestens 8 Bit beträgt. Tatsächlich bedeutet dies, dass es mindestens die Zahlen 0 bis 255 enthalten kann, und es kann definitiv keine negativen Zahlen enthalten, aber es kann möglicherweise Zahlen über 255 enthalten.

Offensichtlich sollten Sie keinen dieser Typen verwenden, wenn Sie eine Zahl außerhalb des Bereichs von 0 bis 255 speichern möchten (und möchten, dass diese tragbar ist).

2.Wie helfen uint_fast8_t und uint_least8_t dabei, die Effizienz / den Codebereich im Vergleich zu uint8_t zu erhöhen?

uint_fast8_tmuss schneller sein, daher sollten Sie dies verwenden, wenn der Code schnell sein soll. uint_least8_tAuf der anderen Seite ist es erforderlich, dass es keinen Kandidaten mit geringerer Größe gibt. Sie würden dies also verwenden, wenn die Größe das Problem ist.

Und natürlich verwenden Sie nur, uint8_twenn Sie unbedingt genau 8 Bit benötigen. Durch uint8_tdie Verwendung wird der Code möglicherweise nicht portierbar, da er uint8_tnicht vorhanden sein muss (da auf bestimmten Plattformen ein derart kleiner Integer-Typ nicht vorhanden ist).

Die "schnellen" Ganzzahltypen werden als die schnellste verfügbare Ganzzahl mit mindestens der erforderlichen Anzahl von Bits definiert (in Ihrem Fall 8).

Eine Plattform kann festlegen , uint_fast8_twie uint8_tdann gibt es absolut keinen Unterschied in der Geschwindigkeit.

Der Grund ist, dass es Plattformen gibt, die langsamer sind, wenn sie ihre native Wortlänge nicht verwenden.