为什么数组的最大大小是"too large"？

Question

我和 this answer 的印象相同，即 size_t 总是由标准保证足够大以容纳给定系统的最大可能类型。

但是，此代码无法在 gcc/Mingw 上编译：

#include <stdint.h>
#include <stddef.h>

typedef uint8_t array_t [SIZE_MAX];

error: size of array 'array_t' is too large

我是不是对标准有什么误解？对于给定的实现，size_t 是否允许太大？或者这是 Mingw 中的另一个错误？

编辑：进一步的研究表明

typedef uint8_t array_t [SIZE_MAX/2];   // does compile
typedef uint8_t array_t [SIZE_MAX/2+1]; // does not compile

恰好与

相同

#include <limits.h>

typedef uint8_t array_t [LLONG_MAX];           // does compile
typedef uint8_t array_t [LLONG_MAX+(size_t)1]; // does not compile

所以我现在倾向于认为这是 Mingw 中的一个错误，因为根据有符号整数类型设置最大允许大小没有任何意义。

Answer 1

从头开始推理，size_t是一种可以容纳任何对象大小的类型。任何对象的大小都受地址总线宽度的限制（忽略多路复用和可以处理例如 32 位和 64 位代码的系统，称之为 "code width"）。类似于最大整数值MAX_INT，SIZE_MAX是size_t的最大值。因此，大小为 SIZE_MAX 的对象都是可寻址内存。实现将其标记为错误是合理的，但是，我同意只有在分配了实际对象（无论是在堆栈上还是在全局内存中）的情况下，这才是错误。（为该金额调用 malloc 无论如何都会失败）

Answer 2

它看起来非常像特定于实现的行为。

我运行在这里 Mac OS，使用 gcc 6.3.0 我可以编译你的定义的最大尺寸是 SIZE_MAX/2；使用 SIZE_MAX/2 + 1 它不再编译。

另一方面， clang 4.0.0 最大的是 SIZE_MAX/8，SIZE_MAX/8 + 1 中断。

Answer 3

限制 SIZE_MAX / 2 来自您实现中 size_t 和 ptrdiff_t 的定义，它们选择类型 ptrdiff_t 和 size_t具有相同的宽度。

C 标准要求 ¹ 类型 size_t 是无符号的，类型 ptrdiff_t 是有符号的。

两个指针之间的差异结果，将始终²具有类型ptrdiff_t。这意味着，在您的实现中，object 的大小必须限制为 PTRDIFF_MAX，否则无法在类型 ptrdiff_t 中表示两个指针的有效差异，导致未定义的行为。

因此值 SIZE_MAX / 2 等于值 PTRDIFF_MAX。如果实现选择最大 object 大小为 SIZE_MAX，则必须增加类型 ptrdiff_t 的宽度。但是将 object 的最大大小限制为 SIZE_MAX / 2 要容易得多，那么就是让类型 ptrdiff_t 比类型 [ 具有更大或等于正范围=60=].

Standard 提供关于主题的这些³ 条评论⁴。

（引自ISO/IEC 9899:201x）

¹（7.19常用定义2）
类型是
ptrdiff_t
是两个指针相减结果的有符号整数类型；
size_t
这是sizeof运算符结果的无符号整数类型；

²（6.5.6加法运算符9）
当两个指针相减时，都应指向同一个数组的元素object，或数组最后一个元素后的一个 object；结果是两个数组元素的下标。结果的大小为implementation-defined，它的类型（有符号整数类型）是 ptrdiff_t 在 header 中定义的。如果结果在该类型的 object 中不可表示，则行为未定义。

³（K.3.4 整数类型 3）
非常大的 object 大小通常是计算 object 大小的标志不正确。例如，负数在以下情况下显示为非常大的正数转换为无符号类型，如 size_t。此外，某些实现不支持 objects 与类型 size_t.

可以表示的最大值一样大

⁴（K.3.4 整数类型 4）
由于这些原因，有时限制 object 大小的范围以检测编程错误。对于针对具有大地址空间的机器的实现，建议将RSIZE_MAX定义为最大尺寸中的较小者 object 支持或 (SIZE_MAX >> 1)，即使这个限制小于一些合法但非常大的 objects。针对小型机器的实现地址空间可能希望将 RSIZE_MAX 定义为 SIZE_MAX，这意味着没有 object 大小被视为 runtime-constraint 违规。

Answer 4

范围size_t保证足以存储实现支持的最大对象的大小。反之则不然：您不能保证能够创建一个大小填满 size_t 整个范围的对象。

在这种情况下，问题是：SIZE_MAX代表什么？支持的最大对象大小？还是 size_t 中可表示的最大值？答案是：是后者，即SIZE_MAX是(size_t) -1。不能保证您能够创建 SIZE_MAX 字节大的对象。

背后的原因是除了size_t，实现还必须提供ptrdiff_t，这是为了（但不保证）存储指向同一个数组的两个指针之间的差异目的。由于类型 ptrdiff_t 已签名，因此实现面临以下选择：

允许大小为 SIZE_MAX 的数组对象并使 ptrdiff_t 比 size_t 更宽 。它必须至少宽一点。这样 ptrdiff_t 可以容纳指向大小为 SIZE_MAX 或更小的数组的两个指针之间的任何差异。
允许大小为 SIZE_MAX 的数组对象并使用 与 size_t 宽度相同 的 ptrdiff_t。接受指针减法可以溢出并导致未定义行为的事实，如果指针相距比 SIZE_MAX / 2 元素相距更远。语言规范不禁止这种方法。
使用与size_t相同宽度的ptrdiff_t，限制最大数组对象大小SIZE_MAX / 2。这样 ptrdiff_t 可以容纳指向大小为 SIZE_MAX / 2 或更小的数组的两个指针之间的任何差异。

您只是在处理决定遵循第三种方法的实现。

为什么数组的最大大小是"too large"？

Why is the maximum size of an array "too large"?

c

gcc

mingw

size-t

stdint