具有可移植的无穷大定义

摘要：

    在实际编程中，通常取该数据类型表示范围最大的值模拟无穷大。若是系统数据类型，则可以直接用limits.h的宏，但如果是自定义的数据类型，则需自行定义。本文介绍一种定义可移植无穷大的方法，即用(相关数据类型-1)得到该数据类型的最大值。

    便于移植就是尽可能地屏蔽硬件差异，这一点在嵌入式开发尤为重要，因为相对于PC，嵌入式微控制器架构种类繁多(如ARM、MIPS、AVR、PowerPC)，位数种类也多(4/8/16/32)。为了有更好的移植性，除了考虑平台间的控制方式(比如大小端)，还需明确变量的数据类型(比如字符值是带符号的还是不带符号的)。

一、变量的数据类型

    C语言中只有4中基本数据类型--整型、浮点型、指针和聚合类型(如数组和结构等)，所有其他类型都是从这4种基本类型的某种变化或组合派生而来[1]。整型家族包括char、short int、int和long int，并且都分为signed和unsigned型[1]。

1.1 int型字长问题[1]

long int型至少应该和int型一样长，而int型至少应该和short int一样长。

 ① C/C++规定int字长和机器字长相同； 

 ② 操作系统字长和机器字长未必一致； 

 ③ 编译器根据操作系统字长来定义int字长；

    由上面三点可知，在一些没有操作系统的嵌入式计算机系统上，int的长度与处理器字长一致；有操作系统时，操作系统的字长与处理器的字长不一定一致，此时编译器根据操作系统的字长来定义int字长："比如你在64位机器上运行DOS16系统，那么所有for dos16的C/C++编译器中int都是16位的；在64位机器上运行win32系统，那么所有for win32的C/C++编译器中int都是32位的"。(CPU的"字长"是指其一条指令/一次运算可以处理的数据的最大宽度)

1.2 宏定义

    为了获得更好的移植性，可以将数据类型重新定义在一个新的文件，比如定义16位和32位无符号整数，在32位平台定义如下：

#define unsigned short UINT16 	//16位无符号整数

#define unsigned int UINT32	//32位无符号整数

    当修改移植到其他平台，只需修改这个文件相关的数据类型定义，比如移植到16位平台，更改定义如下：

#define unsigned int UINT16 	//16位无符号整数

#define unsigned long UINT32 	//32位无符号整数

二、无穷大

    C语言没有所谓无穷大，但实际编程偶尔会用到。通常取该数据类型表示范围最大的值模拟无穷大，比如32位的int，最大值0x7FFFFFFF。对于整型的数值范围，每个编译器里面都有一个标准头文件：limits.h，这个头文件定义了一些宏，这些宏表示该编译器使用的所有数据类型的范围，编程过程中 使用这些宏就行了。比如int的最大值可以使用宏INT_MAX，最小值使用INT_MIN[1]。

    默认的数据类型可以在limits.h文件找到现成的宏，但如果是自定义的数据类型，该如何定义最大值，以获得更好的移植性呢。最近在分析Coffee文件系统找到答案，部分源码如下：

#if COFFEE_PAGES <= 127
  #define coffee_page_t u8_t
#elif COFFEE_PAGES <= 0x7FFF
  #define coffee_page_t u16_t
#endif

#define INVALID_PAGE  ((coffee_page_t)-1)

    当coffee_page_t是8位的时候，INVALID_PAGE为0xFF，当coffee_page_t是16位的时候，INVALID_PAGE为0xFFFF。如此，INVALID_PAGE可以自适应coffee_page_t类型的变化，具有很好的移植性。

我在PC Linux平台模拟了效果，源码如下：

#include <stdio.h>

//typedef unsigned int  coffee_page_t
#define coffee_page_t unsigned int
//#define coffee_page_t unsigned short int

#define INVALID_PAGE ((coffee_page_t)-1)
int main()
{
  printf("0x%X\n", INVALID_PAGE);
  return 0;
}

运行结果如下：

    当coffee_page_t是unsigned short int时，输出0xFFFF。我思考良久，这样用的理论依据是什么。后来，跟邻座的斌讨论，他说会不会coffee_page_t被当成0了，而计算机又是按补码表示，coffee_page_t-1就等于0xFFFFFFFF(因为是无符号)。我想这是很合理的解释。

弱弱问一个问题，在上例我用typedef unsigned int INT32U，为何编译出错？求指点，错误信息如下：

参考资料：

[1] 博文《int型长度》