size_t型を含んだ演算

Question

実行環境 Visual Studio 2019

以下のコードの実行結果は0です。

C++
1#include <cstdlib>
2#include <vector>
3
4int main()
5{
6	std::vector<int> v;
7	int tmp = v.size() - 1;
8	printf("%d\n", tmp / 3);
9}

以下のコードの実行結果は1431655765です。

C++
1#include <cstdlib>
2#include <vector>
3
4int main()
5{
6	std::vector<int> v;
7	printf("%d\n", (v.size() - 1) / 3);
8}

v.size()の型がsize_tであることが原因と推測しますが、このような違いが出る理由がはっきり分からないので教えていただきたいです。

Accepted Answer

> v.size()の型がsize_tであることが原因と推測しますが、このような違いが出る理由がはっきり分からない

短い答え：質問文で言及がある通り、`v.size()`の型が`size_t`（≒`int`ではない）ことが直接原因です。前者は中間結果を`int`型に代入していますが、後者はそのような型変換が生じないという違いがあります。

----
長い答え：C++言語における算術変換ルール、動作環境の`int`型および`size_t`型のサイズ（ビット幅）に依存した結果です。おそらく、32bit Windowsアプリケーションとしてビルド＆実行されたのではないでしょうか？

あなたが試した動作環境（OS、コンパイラ）では、下記のように定義されているはずです。
- `int`＝32bit 符号付き整数型
- `size_t`＝32bit 符号なし整数型

ここからは説明のため、`T`型の値`x`を`x@T`と表記します。


```c++
int tmp = v.size() - 1;
printf("%d
", tmp / 3);
```

- 1行目：式`v.size()`は`0@size_t`を返します。減算`-`両辺の型をそろえるためリテラル`1@int`は`1@size_t`に変換され、式`0@size_t - 1@size_t`の演算結果(`-1@size_t`相当)は符号無し型のため(2^32)-1＝`4294967295@size_t`となります。これを`int`型にキャストすると`-1@int`に戻り、変数`tmp`には`-1@int`が代入されます。
- 2行目：式`-1@int / 3@int`の演算結果は`0@int`です。


```c++
printf("%zu
", (v.size() - 1) / 3);
// size_t型には書式"%zu"が対応する(修正済み)
```

- 部分式`(v.size() - 1)`の演算結果が`4294967295@size_t`となるまでは前述の通り。
- 式`4294967295@size_t / 3@int`の除算`/`両辺の型をそろえるためリテラル`3@int`は`3@size_t`に変換され、演算結果は`1431655765@size_t`となります。

Answer

* 前者は`int tmp = v.size() - 1;`として強引にintに変換している．（`tmp / 3`はint型）
* 後者はしてない．（`(v.size() - 1) / 3`はsize_t型）

Answer

> このような違いが出る理由がはっきり分からないので

`size_t`は**符号なし**の型です（[cpp reference](https://en.cppreference.com/w/c/types/size_t)）。