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。

#include <cstdlib>
#include <vector>

int main()
{
	std::vector<int> v;
	int tmp = v.size() - 1;
	printf("%d\n", tmp / 3);
}

以下のコードの実行結果は1431655765です。

#include <cstdlib>
#include <vector>

int main()
{
	std::vector<int> v;
	printf("%d\n", (v.size() - 1) / 3);
}

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。

Answer 1

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）。

Comments

[maisumakun]

符号なし整数がアンダーフローした場合は、2^桁数を法とする演算として処理されることが保証されています。

https://www.jpcert.or.jp/sc-rules/c-int30-c.html

一方、符号付き整数がアンダーフローした場合の動作は未定義です。

[Sukabo]

ご回答ありがとうございます。

Answer 2

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。

int tmp = v.size() - 1;
printf("%d\n", 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。

printf("%zu\n", (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。

Comments

[Sukabo]

ご回答ありがとうございます。
size_tがintにキャストされると勘違いしていました。

Answer 3

• 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）

Comments

[fana]

関係あるような無いような事柄だけど，size_tの値をprintfで表示する際は"%d"じゃダメかと．
→ググってみたら "%zd" と書くらしい．

[yohhoy]

size_t型は常に符号無し(unsigned)整数と定義されるため、厳密には "%zu" 指定が必須ですね。

[SHOMI]

32/64bitでサイズ変わりますしね

[fana]

御指摘感謝．
（ググったら "&zu" → コメントに "%zd" と誤記した模様…）

[Sukabo]

そもそも最終的にint型になると勘違いしていました。
ご回答ありがとうございます。