C++のint型について

Question

概要

C++でのint型は、環境によってサイズが違うため、サイズが固定された型を使うべきであるという意見を見ました。そこで、このサイトを見たところ、整数型が何種類もあることがわかりました。そして、int型ではなくint_fast32_tやint_least32_tを使った方が環境に依存しないプログラムが書けることもなんとなくわかりました。
そこで質問なのですが、int_fast32_tとint_least32_tは何が違うのでしょうか？状況によって使い分けるのだと思いますが、どうやって使い分ければ良いのかわかりません。サイトの説明を見たところint_fast32_tの方が高速と書かれているので、わざわざ高速でないint_least32_tを使う機会は無いと思うのですが。

知りたいこと

• int_fast32_tとint_least32_tの違い。
• int_fast32_tとint_least32_tの使い分け。どんな状況でどちらを使うのかを知りたいです。

参照サイト

C++日本語リファレンス-cstdint

Answer 1

こんにちは。

int_fast32_tとint_least32_tの違い。

32bitで考えるとちょっと判りにくいと思います。16bitで考えてみましょう。
int_fast16_tは16ビット以上の最も高速な型、int_least16_tは最低16ビットある型です。
前者はPCの場合32ビット幅ではないかと予想します。後者は16ビット幅でしょう。

wandboxでやってみました。

#include <iostream>
#include <cstdint>

int main()
{
    std::cout << sizeof(int_fast16_t) << "\n";
    std::cout << sizeof(int_least16_t) << "\n";
}

結果は

8
2

そう言えばwandboxは64ビットですので64ビットが最速ということなのだろうと思います。

int_fast32_tとint_least32_tの使い分け。どんな状況でどちらを使うのかを知りたいです。

上記から使い分けは明らかですね。メモリ消費を気にせず高速にしたい時fast、メモリ・サイズが気になる時leastの方を使えば良いです。

Comments

[nomi]

以下のような解釈で合ってますか？
「leastもfastも指定したビットサイズは最小限確保される。しかし、fastの方はその環境においてより高速になるようなビットサイズが確保される」

[Chironian]

その通りです！

[nomi]

なるほど！その点に関してはわかりました！
追加で2つ質問があります！
1つ目：int16_tの説明に「実装するかどうかは処理系定義」とありますが、これの意味がいまいちわかりません。処理系によってはこの型は存在しないということでしょうか？
2つ目：逆に、int_fast16_tやint_least16_tはどんな環境でも確実に存在するのでしょうか？

[Chironian]

> 処理系によってはこの型は存在しないということでしょうか？
その通りです。

> どんな環境でも確実に存在するのでしょうか？
該当のバージョンの規格書に準拠していない処理系には存在しないかも知れません。

[yohhoy]

追加補足です：
> int16_tの説明に「実装するかどうかは処理系定義」
intN_t/uintN_t型が提供されるか否かは、その処理系が厳密にNビット幅の整数型を提供するか否かに依存します。C/C++では「もし処理系にNビット幅整数型が存在するならば、必ずintN_t/uintN_t型を提供すべき」という強い規定になっています。
（本来の"処理系定義"は「提供するかもしれないし、しないかもしれない」という弱いニュアンスですが、intN_t/uintN_t型については前述の通り少し強いニュアンスになっています。）

一般的なPC環境では 1バイト＝8ビット になっていますから、実用上はすべての環境でintN_t/uintN_t型が提供されるといっても差し支えありません。
（1バイト＝9ビット幅の環境や、1バイト＝16ビット幅という環境の場合はこの限りではありません。滅多にお目にかかることは無いと思います...）

[nomi]

int_fastやint_leastを使わなくても、一般的な環境ならint_tで十分だということですね

Answer 2

int_fast32_tやint_least32_tを使った方が環境に依存しないプログラムが書けることもなんとなくわかりました。

それは誤りです。fastとleastの違いについてはChironianさんが説明されていますが、要するに、実際のビット数は処理系依存となります。ですので、移植性を考慮したプログラムを書く際には使わない方が良いです。

ということで、実際には、厳密に名前通りのビット数の整数型となる、int16_tとかint32_tなどを使うことが圧倒的に多いです。
実装するかどうかは処理系定義などと書かれていますが、よほど特殊な処理系（GPUとかFPGAとか）でない限り、我々が一般的にアプリ開発でターゲットにする処理系では、int8_t～int64_t/uint8_t～uint64_tはちゃんと定義されているので、それらを使った方が移植性の高いプログラムが書けます。

Answer 3

規格上

• int型は16bitより大きい
• long型は32bitより大きい
• long long型は64bitより大きい

と定義されています。

つまり、大体16bit程度までの値ならばintをそれより大きくなるならlong / long longを使えばいいのです。

ですが、大体では問題になる場合が存在します。

メモリ/ファイル/通信データから値を取ってくる場合など
自分とは別の環境との境界では厳密な型定義が必要になります。
この場合にint32_tなどを用いればよいでしょう。
int32_tが定義されてない処理系で安易にint_fast32_tなどを用いると何bitになるか想像がつきませんので、
それよりはint32_tを使いコンパイルエラーになった方がありがたいです。
その時特殊環境用の専用処理としてint_fast32_tかint_least32_tを使うかを考えます。
この場合、その環境のメモリの潤沢さ等を考慮して選ぶ事になるでしょう。

また、メモリ事情がカツカツで実質32bitで定義されている事の多いintを16bit用の値として使えない場合も想定されます。
その場合はint_least16_tを用いるでしょう。

Answer 4

C++でのint型は、環境によってサイズが違うため、サイズが固定された型を使うべき

それ自体が正しい意見なのかが気になります。というのも、

• Cの標準関数はintやlongを引数や返り値にするので、それ以外の型を使うと、どこで変換が入るかが環境によって違ってしまう
• size_tやtime_tなど、正しい幅がシステム依存になっているものがあり、これらを正しくハンドリングするにはそれらの名前を使うしかない
• Windows APIを使う場合や組み込み向けの開発など、マシン環境が決め打ちになる例も多い

ということで、「サイズが固定された型を使う」ことにそこまでメリットがあるわけでもないのかなというのが、自分としての考えです。

Answer 5

C/C++というのは1byteが8bitではない環境も想定している言語で実際にそういう環境でも使われています。int8_t～int64_t/uint8_t～uint64_t型はそういう環境では定義できません。なのでleast系があるという考え方もあると思います。

Answer 6

「環境によってサイズが違うため、サイズが固定された型を使うべき」については私もmaisumakunさん同様それほどメリットがあるとは思えません。
環境によってと書かれている通り、影響があるのは同じソースコードを他の環境に移植した場合です。
今まで2バイトの環境だったのが、移植したら4バイトになった。
動的に確保しているメモリが2バイト前提だったら、移植先の環境ではおかしなことになる。
とかそういう場合でしょう。
ただ、だからといって何でもかんでもint型でいいや、というのも違うと思います。
私としては「プログラマが意図している数値範囲を明確にするため、サイズが固定された型を使うべき」だと思います。