为什么大多数编译厂商不把 bool 类型实现为 1 bit 而是 8 bit 或者32 bit？
这个问题其实涉及到计算机底层如何存储和操作数据，以及硬件设计和软件优化的权衡。我们抛开那些“AI味”的陈词滥调，好好聊聊为什么 `bool` 在很多时候不是那个理论上最完美的 1 bit。
想象一下，我们最理想中的 `bool`，就是那个只占用一个二进制位（bit）的变量。`true` 可能是 `1`，`false` 可能是 `0`。听起来多省内存，多有效率！然而，现实世界的计算机，尤其是我们日常接触的这些通用处理器，它们的工作方式并不是以“bit”为基本单位来处理数据的。
硬件的“肌肉”：字节（Byte）是基本单位
现代计算机的中央处理器（CPU）在进行读写操作时，最基本的单位是“字节”（Byte），通常是 8 个 bit。CPU 内部的寄存器（CPU 内部用来临时存放数据的小型存储单元）也是按照字节（或更大的字长，比如 32 位或 64 位）来设计的。你可以把 CPU 想象成一个工人，他拿着的工具（比如扳手）是固定大小的，他一次能抓取或移动的最小东西是“一根管子”（字节），而不是“一粒沙子”（bit）。
如果我们要存储一个 1 bit 的 `bool`，CPU 真的要操作它，就必须先把它从内存中读取到一个寄存器里。但寄存器是按照字节（或字）来工作的，所以即使你只想读那个 1 bit，CPU 也会把包含它的整个字节（甚至整个字）都拉到寄存器里。这就好比你想拿走箱子里的一粒米，但你一次只能把整个米袋子提出来。
对齐和访问效率
硬件设计者为了提高数据访问的速度，会要求数据在内存中按照它的大小进行“对齐”。比如，一个 4 字节（32 位）的整数，最好就存储在内存地址能被 4 整除的位置。这样做可以简化 CPU 的地址计算，并允许 CPU 一次性高效地读取整个数据块。
如果 `bool` 被设计成 1 bit，那么它在内存中的对齐要求就有点尴尬了。它可能需要与其他数据紧密地挤在一起，而 CPU 却无法直接、高效地读取这一个孤零零的 bit。为了读取这个 1 bit，CPU 可能需要进行多次操作，或者在读取更大的块后，再从中“提取”出那一个 bit。这反而会降低访问效率。
CPU 内部操作的便利性
想想看，CPU 的算术逻辑单元（ALU）处理的是寄存器里的数据，而这些寄存器通常是 8、16、32 或 64 位宽的。如果 `bool` 是 1 bit，那么在进行逻辑运算（比如 `AND`、`OR`、`NOT`）时，CPU 需要额外的逻辑来处理这种“窄”数据。将 `bool` 转换为 8 位（或者 32 位）来执行运算，反而更符合 CPU 的原生能力，也更不容易出错。
例如，如果你想对两个 `bool` 值进行 `OR` 运算，如果它们是 1 bit 的，CPU 需要先将它们各自放到一个 8 位寄存器的特定位置，然后进行 `OR` 操作，最后可能再把结果提取出来。如果 `bool` 本身就是 8 位（比如 0 或 1），那么这个过程就顺畅多了。
编译器和 ABI 的考虑
编译器在生成机器码时，会遵循一套叫做“应用程序二进制接口”（Application Binary Interface, ABI）的规则。ABI 规定了函数调用、参数传递、数据布局等方面的标准。很多 ABI 为了简化设计和提高效率，会为基本类型（包括 `bool`）指定一个最小的、对齐友好的大小。
将 `bool` 定义为 8 位（一个字节）可以很好地满足很多 ABI 的要求。一个字节的大小足够存储 0 和 1，并且在内存中也比较容易对齐。如果你试图让一个 1 bit 的 `bool` 在 ABI 中有一个标准的大小和布局，反而会增加编译器的复杂性。
更广泛的使用场景
虽然 `bool` 的字面意义是“布尔值”，但在 C/C++ 等语言中，它也常常被用来表示“真”和“假”的数字概念。一个 8 位的 `bool`（0 或非 0）在转换为整数时，其数值是明确的（0 或 1），这在某些计算场景下非常方便。如果 `bool` 是 1 bit，那么它的“数值”概念就不那么直观了。
那么为什么不是 16 bit 或 32 bit？
虽然 8 bit 是一个常见的选择，但有些平台或编译器也可能将 `bool` 定义为 16 位或 32 位。这通常是为了与整数类型（如 `int`）的大小保持一致，或者为了在某些特定体系结构上进一步简化寻址和加载操作。
例如，如果你有一个结构体，其中包含一个 `bool` 和一个 32 位的 `int`，而 `bool` 是 8 位，那么这个结构体在内存中的布局可能就需要一些填充（padding）来保证 `int` 的对齐。如果 `bool` 也被定义为 32 位，那么结构体的布局可能会更简单，访问也可能更直接。
总结一下：
把 `bool` 实现成 1 bit 在理论上是最节省内存的。但现实世界中的计算机硬件是以字节为基本单位进行操作的，CPU 寄存器也通常是 8、32、64 位宽。如果 `bool` 只有 1 bit，那么在读取、写入和进行运算时，都需要 CPU 进行额外的处理，这反而会降低效率。
为了与硬件的“肌肉”协同工作，为了简化编译器的逻辑和 ABI 的设计，并考虑到数据对齐和访问速度，大多数编译器和平台选择将 `bool` 实现为 8 位（一个字节）作为最常见的折衷方案。这虽然在纯粹的内存占用上不是最极致的，但在整体的性能和工程实现上，却是更实用、更高效的选择。更进一步，有时为了与更宽的整数类型对齐，也可能选择 16 位或 32 位。这背后是一系列关于硬件能力、软件设计和性能优化的复杂考量。
想象一下，我们最理想中的 `bool`，就是那个只占用一个二进制位（bit）的变量。`true` 可能是 `1`，`false` 可能是 `0`。听起来多省内存，多有效率！然而，现实世界的计算机，尤其是我们日常接触的这些通用处理器，它们的工作方式并不是以“bit”为基本单位来处理数据的。
硬件的“肌肉”：字节（Byte）是基本单位
现代计算机的中央处理器（CPU）在进行读写操作时，最基本的单位是“字节”（Byte），通常是 8 个 bit。CPU 内部的寄存器（CPU 内部用来临时存放数据的小型存储单元）也是按照字节（或更大的字长，比如 32 位或 64 位）来设计的。你可以把 CPU 想象成一个工人，他拿着的工具（比如扳手）是固定大小的，他一次能抓取或移动的最小东西是“一根管子”（字节），而不是“一粒沙子”（bit）。
如果我们要存储一个 1 bit 的 `bool`，CPU 真的要操作它，就必须先把它从内存中读取到一个寄存器里。但寄存器是按照字节（或字）来工作的，所以即使你只想读那个 1 bit，CPU 也会把包含它的整个字节（甚至整个字）都拉到寄存器里。这就好比你想拿走箱子里的一粒米，但你一次只能把整个米袋子提出来。
对齐和访问效率
硬件设计者为了提高数据访问的速度，会要求数据在内存中按照它的大小进行“对齐”。比如，一个 4 字节（32 位）的整数，最好就存储在内存地址能被 4 整除的位置。这样做可以简化 CPU 的地址计算，并允许 CPU 一次性高效地读取整个数据块。
如果 `bool` 被设计成 1 bit，那么它在内存中的对齐要求就有点尴尬了。它可能需要与其他数据紧密地挤在一起，而 CPU 却无法直接、高效地读取这一个孤零零的 bit。为了读取这个 1 bit，CPU 可能需要进行多次操作，或者在读取更大的块后，再从中“提取”出那一个 bit。这反而会降低访问效率。
CPU 内部操作的便利性
想想看，CPU 的算术逻辑单元（ALU）处理的是寄存器里的数据，而这些寄存器通常是 8、16、32 或 64 位宽的。如果 `bool` 是 1 bit，那么在进行逻辑运算（比如 `AND`、`OR`、`NOT`）时，CPU 需要额外的逻辑来处理这种“窄”数据。将 `bool` 转换为 8 位（或者 32 位）来执行运算，反而更符合 CPU 的原生能力，也更不容易出错。
例如，如果你想对两个 `bool` 值进行 `OR` 运算，如果它们是 1 bit 的，CPU 需要先将它们各自放到一个 8 位寄存器的特定位置，然后进行 `OR` 操作，最后可能再把结果提取出来。如果 `bool` 本身就是 8 位（比如 0 或 1），那么这个过程就顺畅多了。
编译器和 ABI 的考虑
编译器在生成机器码时，会遵循一套叫做“应用程序二进制接口”（Application Binary Interface, ABI）的规则。ABI 规定了函数调用、参数传递、数据布局等方面的标准。很多 ABI 为了简化设计和提高效率，会为基本类型（包括 `bool`）指定一个最小的、对齐友好的大小。
将 `bool` 定义为 8 位（一个字节）可以很好地满足很多 ABI 的要求。一个字节的大小足够存储 0 和 1，并且在内存中也比较容易对齐。如果你试图让一个 1 bit 的 `bool` 在 ABI 中有一个标准的大小和布局，反而会增加编译器的复杂性。
更广泛的使用场景
虽然 `bool` 的字面意义是“布尔值”，但在 C/C++ 等语言中，它也常常被用来表示“真”和“假”的数字概念。一个 8 位的 `bool`（0 或非 0）在转换为整数时，其数值是明确的（0 或 1），这在某些计算场景下非常方便。如果 `bool` 是 1 bit，那么它的“数值”概念就不那么直观了。
那么为什么不是 16 bit 或 32 bit？
虽然 8 bit 是一个常见的选择，但有些平台或编译器也可能将 `bool` 定义为 16 位或 32 位。这通常是为了与整数类型（如 `int`）的大小保持一致，或者为了在某些特定体系结构上进一步简化寻址和加载操作。
例如，如果你有一个结构体，其中包含一个 `bool` 和一个 32 位的 `int`，而 `bool` 是 8 位，那么这个结构体在内存中的布局可能就需要一些填充（padding）来保证 `int` 的对齐。如果 `bool` 也被定义为 32 位，那么结构体的布局可能会更简单，访问也可能更直接。
总结一下：
把 `bool` 实现成 1 bit 在理论上是最节省内存的。但现实世界中的计算机硬件是以字节为基本单位进行操作的，CPU 寄存器也通常是 8、32、64 位宽。如果 `bool` 只有 1 bit，那么在读取、写入和进行运算时，都需要 CPU 进行额外的处理，这反而会降低效率。
为了与硬件的“肌肉”协同工作，为了简化编译器的逻辑和 ABI 的设计，并考虑到数据对齐和访问速度，大多数编译器和平台选择将 `bool` 实现为 8 位（一个字节）作为最常见的折衷方案。这虽然在纯粹的内存占用上不是最极致的，但在整体的性能和工程实现上，却是更实用、更高效的选择。更进一步，有时为了与更宽的整数类型对齐，也可能选择 16 位或 32 位。这背后是一系列关于硬件能力、软件设计和性能优化的复杂考量。
网友意见
是否是为了以空间换取时间？
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