Dlaczego Skrót musi być konwertowany na int przed operacjami arytmetycznymi w C i C++?

Nie jest to cecha języka, ale ograniczenie fizycznych architektur procesorów, na których działa kod. Typer int W C jest zwykle wielkością standardowego rejestru procesora. Więcej krzemu zajmuje więcej miejsca i więcej mocy, więc w wielu przypadkach arytmetyka może być wykonana tylko na typach danych "naturalnej wielkości". Nie jest to powszechnie prawdą, ale większość architektur nadal ma to ograniczenie. Innymi słowy, przy dodawaniu dwóch liczb 8-bitowych, co tak naprawdę dzieje się w procesorze jest rodzajem 32-bitowej arytmetyki, po której następuje albo prosta maska bitowa, albo inna odpowiednia konwersja typu.

float, short i char typy są uważane przez standardowy rodzaj "typów pamięci", tzn. podzakresów, które można wykorzystać, aby zaoszczędzić trochę miejsca, ale które nie kupią ci żadnej prędkości, ponieważ ich rozmiar jest "nienaturalny"dla procesora.

Na niektórych procesorach nie jest to prawdą, ale dobre Kompilatory są na tyle inteligentne, że zauważają, że jeśli np. dodasz stałą do unsigned char i zachowasz wynik z powrotem w unsigned char, nie ma potrzeby przechodzenia przez konwersję unsigned char -> int. Na przykład z g++ kod wygenerowany dla wewnętrznej pętli

void incbuf(unsigned char *buf, int size) {
    for (int i=0; i<size; i++) {
        buf[i] = buf[i] + 1;
    }
}

Jest po prostu

.L3:
    addb    $1, (%rdi,%rax)
    addq    $1, %rax
    cmpl    %eax, %esi
    jg  .L3
.L1:

Gdzie widać, że używana jest instrukcja dodawania znaków bez znaku (addb).

To samo dzieje się, gdy wykonujesz obliczenia między krótkimi ints i przechowujesz wynik w krótkich ints.

Połączone pytanie wydaje się pokrywać to całkiem dobrze: procesor po prostu nie. 32-bitowy procesor ma swoje natywne operacje arytmetyczne skonfigurowane dla 32-bitowych rejestrów. Procesor woli pracować w swoim ulubionym rozmiarze, a w przypadku takich operacji kopiowanie małej wartości do rejestru o rozmiarze natywnym jest tanie. (Dla architektury x86 rejestry 32-bitowe są nazwane tak, jakby były rozszerzonymi wersjami rejestrów 16-bitowych (eax do ax, ebx do bx, itd.); patrz x86 integer instrukcje ).

Dla niektórych bardzo powszechnych operacji, szczególnie arytmetyki wektorowej / zmiennoprzecinkowej, mogą istnieć specjalistyczne instrukcje, które operują na innym typie lub rozmiarze rejestru. Dla czegoś takiego jak krótki, padding Z (do) 16 bitów zer ma bardzo mały koszt wydajności i dodanie wyspecjalizowanych instrukcji prawdopodobnie nie jest warte czasu lub miejsca na matrycy (jeśli chcesz uzyskać naprawdę fizyczny dlaczego; nie jestem pewien, czy zajmą one rzeczywistą przestrzeń, ale dostaje o wiele więcej miejsca complex).