问题

现在 c++中 long 整数类型还有使用的意义吗?

回答
在 C++ 编程中,`long` 整数类型的使用,确实是一个值得探讨的问题,尤其是在现代 C++ 的语境下。你问我它是否还有意义,我得说,它依然有其存在的理由,尽管它的必要性相比过去有所下降,并且需要更谨慎地理解和使用。

在我看来,与其说 `long` 失去了意义,不如说它的 “角色定位”变得更加微妙和需要上下文。很多时候,我们可能会倾向于选择 `long long` 来确保足够大的范围,或者使用 `int` 配合更清晰的范围说明。但 `long` 依然是 C++ 标准定义的一个整数类型,它不是凭空出现的,其设计背后是有原因的。

为了说清楚这个问题,我们得从几个方面来聊聊:

1. `long` 的历史渊源与设计初衷

要理解 `long` 的意义,就得回到 C++ 的根。C++ 是在 C 的基础上发展起来的,而 C++ 继承了 C 的基本整数类型,包括 `int`, `long`, `short` 等。

早期计算机硬件的限制: 在 C 和 C++ 诞生的年代,计算机的内存和寄存器容量都远小于今天。`int` 类型通常被设计成与机器字长(word size)相匹配,以便高效地进行运算。但当时,32位系统就已经相当普遍,而 16 位系统也并非罕见。
提供更大的整数范围: `long` 类型的出现,主要是为了提供一个比 `int` 至少能容纳更大范围的整数类型。它的设计目标是“一个足够大的整数类型”,这个“足够大”是相对于 `int` 而言的。
可移植性考量: 在不同的硬件平台和操作系统上,`int` 的实际大小可能是不一样的。例如,在一些 16 位系统上,`int` 可能是 16 位的;在 32 位系统上,`int` 可能是 32 位的;在 64 位系统上,`int` 仍然可能是 32 位的(为了保持与旧代码的兼容性和某些性能考虑)。而 `long` 类型,在 C++ 标准中规定,它至少与 `int` 一样大,并且通常比 `int` 更大(例如,在 32 位系统中,`long` 通常是 32 位,而在 64 位系统中,`long` 通常是 64 位)。这种“至少”和“通常”的描述,就体现了对不同平台的可移植性的一种妥协和考量。

2. `long` 在现代 C++ 中的现状与挑战

那么,到了今天,我们谈论 `long` 的意义,就需要审视它的表现:

标准规定的大小范围:
`int`: 至少能表示 [32767, +32767] 的范围(即至少 16 位)。
`long`: 至少能表示 [2147483647, +2147483647] 的范围(即至少 32 位)。
`long long`: 至少能表示 [9223372036854775807, +9223372036854775807] 的范围(即至少 64 位)。

实际占用空间与平台依赖性:
在 大多数现代 64 位系统 上(Linux, macOS, Windows),`int` 通常是 32 位,而 `long` 也经常是 32 位,同时 `long long` 是 64 位。
在一些 旧的 32 位系统 上,`int` 和 `long` 都可能是 32 位。
非常罕见 的情况下,例如某些嵌入式系统或特定的 Unixlike 系统,`long` 可能是 64 位。

这里就出现了一个核心的“问题”: 在我们最常接触的 64 位平台上,`long` 和 `int` 的实际大小可能是一样的! 这就让 `long` 看起来有点“尴尬”——如果它和 `int` 大小一样,我为什么不直接用 `int` 呢? 或者,如果我想确保一个很大的范围,我为什么不直接用 `long long` 呢?

3. `long` 依然存在的“意义”

尽管存在上述的“尴尬”,`long` 仍然有其不可替代的作用和保留的价值:

3.1. 兼容性与遗留代码

这是 `long` 最为实际和广泛的意义之一。大量的 C 和 C++ 代码库,包括许多操作系统 API、标准库函数(尤其是那些从 C 继承过来的)都使用了 `long` 类型。

系统调用和 API: 很多底层的系统调用(如 POSIX API)返回的进程 ID (PID)、文件描述符、时间戳(有时)等,其定义的数据类型就是 `long`。如果你正在编写与这些底层系统交互的代码,使用 `long` 是非常自然的,也是必需的,以保持接口的一致性。
第三方库: 很多成熟的第三方库,尤其是那些历史悠久或注重 C 兼容性的库,可能会广泛使用 `long`。在集成这些库时,你需要按照它们的要求使用 `long`。
维护旧项目: 如果你维护一个现有的项目,而这个项目大量使用了 `long`,那么继续使用 `long` 是最直接、最经济的维护方式。贸然将其替换成 `int` 或 `long long`,可能会引入难以发现的 bug,尤其是在涉及指针算术、类型转换或者不同平台编译时。

3.2. 表达“意图”或“约定”

即使在 64 位平台上 `long` 和 `int` 可能大小相同,使用 `long` 仍然可以作为一种“约定”或“意图”的表达:

“我期望这个值可能比标准 `int` 更大”: 开发者使用 `long`,即使在 64 位系统上它可能等于 `int`,这可能是在暗示“这个变量的数值范围比一个典型的 16 位 `int` 更大,并且我期望它在 32 位系统上能提供更大的空间”。这是一种历史遗留的表达方式,但仍然能够传达一些信息。
“我遵循某个规范或接口的要求”: 如前所述,如果某个 API 或标准文档指定使用 `long`,那么你使用 `long` 是在遵循这个规范。

3.3. 潜在的跨平台差异化考虑

虽然大多数现代 64 位系统 `long` 是 32 位,但 C++ 标准并没有强制要求 `long` 必须是 32 位。这意味着:

未来平台: 可能会出现 `long` 是 64 位,而 `int` 仍然是 32 位的平台。在这种情况下,`long` 就能发挥其“比 `int` 更大”的作用。
特定编译器/环境: 某些非主流的编译器或者特定的编译选项,可能会让 `long` 的行为与主流系统不同。

如果你写出的代码需要在非常广泛的、甚至包括一些不常见的平台(如某些嵌入式系统、老旧的 Unix 发行版)上编译和运行,那么 `long` 的行为就需要被仔细考量。

3.4. 避免 `int` 溢出的“过渡”选择

在你不知道具体需要多大的范围,但又隐约觉得 `int` 可能不够用时,`long` 是一个比 `long long` 更“温和”的过渡选择。

“刚好比 `int` 大一点”: 如果你估计数值不会超过 20 亿,但又担心 32 位 `int` 在某些边缘情况下溢出(例如,在 32 位系统上 `int` 可能只有 16 位),那么 `long` 就能提供一个更安全的 32 位保证。
资源敏感性(较少见): 在极其罕见的资源受限环境中,如果 `long long` (64位) 比 `long` (32位) 占用更多内存,而你又只需要 32 位的范围,那么 `long` 是一个更优的选择。不过,在现代硬件上,这种考虑往往是次要的。

4. 现代 C++ 的推荐做法与 `long` 的替代品

理解了 `long` 的地位,我们来看看现代 C++ 的开发者通常会怎么做,以及有哪些更好的替代品:

`std::int32_t`, `std::int64_t` 等固定宽度整数类型 (C++11 之后):
这是 最推荐 的做法,尤其是在需要明确控制整数类型大小时。
`std::int32_t`: 保证是 32 位有符号整数。
`std::int64_t`: 保证是 64 位有符号整数。
`std::size_t`: 用于表示对象大小和索引,通常是 `unsigned int` 或 `unsigned long long`,其大小与指针大小一致。
`std::ptrdiff_t`: 用于表示两个指针相减的结果,通常是有符号类型,大小与指针大小一致。
使用这些类型,你的代码意图就非常清晰,不受平台 `int` 或 `long` 大小变化的影响,也避免了 `long` 在 64 位平台上“不确定性”的问题。

`long long`:
如果你需要一个保证比 `int` 更大的整数类型,并且明确知道你需要 64 位(即大约 ±9 × 10¹⁸ 的范围),那么 `long long` 是一个非常好的选择。在绝大多数现代系统中,它就是 64 位,提供了最大的整数存储空间。

`int`:
当数值范围明确小于 `int` 的标准上限(例如,循环计数、索引,通常在 ±2 × 10⁹ 以内,甚至更小),并且你不需要考虑 16 位系统的兼容性时,`int` 是最普遍、最高效的选择。

5. 什么时候你“不得不”使用 `long`?

遵循已有的、不可更改的 API 或协议: 这是最常见的理由。例如,一个 C 风格的库函数签名就是 `int process(long data)`,你只能传递 `long`。
处理来自旧系统的数据: 如果你正在从旧的数据库、文件格式或网络协议中读取数据,而这些数据是以 `long` 的格式存储的,你需要按原样读取。

总结一下

`long` 整数类型在 C++ 中确实还有其存在的意义,但这种意义更多地体现在兼容性、历史遗留以及对特定平台行为的理解上,而不是作为现代 C++ 优先推荐的类型。

优点: 兼容性好(尤其对于 C 风格 API 和旧代码),在某些平台上提供了比 `int` 更大的范围(例如 32 位系统)。
缺点: 在主流 64 位平台上,它的大小可能与 `int` 相同,这使得它的“大范围”意图变得模糊,不如 `long long` 或 `std::int64_t` 来得明确。
最佳实践: 在新代码中,如果需要明确的大小,优先使用 `` 中的固定宽度整数类型(如 `std::int32_t`, `std::int64_t`)或 `std::size_t`。如果需要一个非常大的整数,`long long` 是不错的选择。只有当你遇到必须使用 `long` 的情况(如 API 兼容性)时,才应该直接使用它。

所以,与其说 `long` “没有意义”了,不如说它的“场景”变得更狭窄、更依赖于上下文。理解它的历史和标准定义,才能在实际编程中做出最合适的选择,避免不必要的麻烦。

网友意见

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其实没有啥用处。即便 long long 这个类型也是不建议使用的。

他们在特定平台上用于定义 int8, int16, int32, int64 ,size_t, uint8/16/32/64 , ptrdiff 等其它整数类型,他们的用途应当仅限于 typedef,自身不被单独使用

  • 如果你不在乎具体尺寸,只希望选择当前平台最合适的类型,那么用 int (其实用 auto 更好)。
  • 如果你需要在乎具体尺寸,那么选择 int8, int16, int32, int64 _t 这一族类型更合适。
  • short是一个「小于等于int但不能确定究竟是多大」的类型,long是一个「大于等于int但也不能确定究竟是多大」的类型,long long 则是一个「大于等于long但也同样不能确定是多大」的类型。这三个类型在实际场合除了作为定义 int6, int16, int32, int64 等类型的 typedef 原胚以外,并不应该在其它场合使用

如果你需要一个整数用于存放指针,则应该使用 ptrdiff_t 或者 size_t 类型。这两个类型是保证一定能存放一个指针的。

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