c - 确定基本算术计算最快的无符号整数类型

Question

我正在编写一些代码来计算任意大的无符号整数。这只是为了娱乐和训练，否则我会使用libgmp。我的表示使用无符号整数数组，为了选择“基本类型”，我使用 typedef:

#include <limits.h>
#include <stdint.h>

typedef unsigned int hugeint_Uint;

typedef struct hugeint hugeint;

#define HUGEINT_ELEMENT_BITS (CHAR_BIT * sizeof(hugeint_Uint))
#define HUGEINT_INITIAL_ELEMENTS (256 / HUGEINT_ELEMENT_BITS)

struct hugeint
{
    size_t s;         // <- maximum number of elements
    size_t n;         // <- number of significant elements
    hugeint_Uint e[]; // <- elements of the number starting with least significant
};

代码工作正常，所以我在这里只显示与我的问题相关的部分。

我想选择一个比 unsigned int 更好的“基本类型”，这样计算在目标系统上可能是最快的(例如，当目标为 x86_64 时选择 64 位类型，当目标为 32 位类型时) i686，针对 avr_attiny 时的 8 位类型，...)

我认为 uint_fast8_t 应该做我想做的事。但我发现事实并非如此，参见例如这是来自 MinGW 的 stdint.h 的相关部分:

/*  7.18.1.3  Fastest minimum-width integer types
 *  Not actually guaranteed to be fastest for all purposes
 *  Here we use the exact-width types for 8 and 16-bit ints.
 */
typedef signed char int_fast8_t;
typedef unsigned char uint_fast8_t;

评论很有趣:在 win32 上，unsigned char 出于什么目的会比 unsigned int 更快？嗯，重要的是:uint_fast8_t 不会做我想做的事。

那么有没有一些好的且可移植的方法来找到最快的无符号整数类型？

Answer 1

这并不是那么黑白分明；处理器可能具有用于某些操作的不同/专用寄存器，例如 x86_64 上的 AVX 寄存器，可能在半大小寄存器上最有效地运行，或者根本没有寄存器。因此，“最快整数类型”的选择在很大程度上取决于您需要执行的实际计算。

话虽如此，C99 定义了 uintmax_t ，它旨在表示最大宽度无符号整数类型，但要注意，它可能是 64 位，因为编译器能够模拟 64 位数学。

如果您的目标是商用处理器，size_t 通常会为底层硬件的“位数”提供良好的近似值，因为它直接与处理器的内存寻址能力相关。机器，因此最有可能是整数数学的最佳大小。

无论如何，您都必须在您计划支持的所有硬件上测试您的解决方案。