Должен ли я всегда использовать size_t при индексации массивов?

size_t — это целое число без знака, способное удерживать размер самого большого объекта, который вы можете выделить. Это полезно для индексации, потому что это означает, что он может индексировать самый большой массив, который вы можете выделить.

Это не означает, что это требуется или даже обязательно рекомендуется для индексации. Вы можете использовать любой целочисленный тип, достаточно большой для индексации массива. int_fast32_t может быть быстрее, uint_least16_t может быть меньше по структуре и так далее. Знайте свои данные, и вы сможете сделать правильный выбор.

Следует учитывать, что на некоторых платформах для использования подписанного индекса может потребоваться дополнительная инструкция расширения знака. Например, вот x86:

// movzx eax, BYTE PTR [rcx+rdx]
// ret
char get_index(char *ptr, unsigned idx)
{
   return ptr[idx];
}

// ; sign extending idx from 32 bits to 64 bits with movsx here.
// movsx rdx, edx     
// movzx eax, BYTE PTR [rcx+rdx]
// ret
char get_index(char *ptr, int idx)
{
   return ptr[idx];
}

Виртуальная память выходит за рамки C или C++. С их точки зрения, вы просто индексируете память, и ваша платформа должна заставить это работать. На практике ваше приложение использует только виртуальные адреса; ваш ЦП/ОС переводит виртуальный адрес в физический за кулисами. Это не то, о чем вам нужно беспокоиться.

Чтобы избежать сбоев программы, программист всегда должен использовать тип индекса, по крайней мере такой же большой, как тип, возвращаемый методом size(). Это гарантирует, что индекс никогда не переполнит любой возможный размер массива. Реализация массива обычно гарантирует, что его размер во время выполнения никогда не переполнит тип, возвращаемый методом size(). Это означает, что тип индекса должен быть:

• size_t в случае char[N], uint8_t[N], int[N] и т. д.
• size_t в случае std::vector и std::list
• int в случае QList и QVector
• произвольное целое число точности (aint) в случае битовых массивов (если метод битового массива size() возвращает aint)
• aint в случае сжатых в памяти массивов (если метод массива size() возвращает aint)
• aint в случае массивов, охватывающих несколько машин (если метод size() массива возвращает aint)
• Другие языки, кроме C++:
  • int в случае java.util.Collection и его подклассов

Подводя итог: безопасный тип индекса — это тип, возвращаемый методом size().

Примечание. Если метод size() возвращает беззнаковый size_t, то знаковые int и ssize_t не являются безопасными типами индексов. В случае gcc и clang флаги компилятора -Wsign-compare (включены -Wall) и -Wconversion можно использовать для предотвращения большинства этих случаев.