C ++ size_t и ptrdiff_t для индексации отрицательных массивов

Мне трудно выбирать между size_t а также ptrdiff_t для типа индекса, который должен иметь возможность хранить отрицательное значение.

Чтобы быть точным, в моем коде мне нужно реализовать массив. Я получаю его длину (в конструкторе) как тип size_tи когда я перегружал [] operator Мне нужно чтобы индекс был типа ptrdiff_t (и не size_t), так как я хочу разрешить отрицательные индексы, как показано в этом примере:

std::size_t length = 50;
MyVector<int> vec(length);
vec[0] = 10;

MyVector<int> vec2 = vec+1;
std::cout << vec2[-1] << std::endl; //should print 10

Проблема, возникающая в связи с указанным дизайном, заключается в том, что диапазон доступных индексов ограничен максимальным значением ptrdiff_tи в некоторых машинах этот верхний предел меньше максимального значения size_t.

то есть std::numeric_limits<std::ptrdiff_t>::max() < std::numeric_limits<std::size_t>::max()

Таким образом, проблема заключается в том, что пользователь может создать массив с размером, превышающим максимальное значение ptrdiff_t (но все еще в диапазоне size_t, конечно), но он не сможет получить доступ к элементам массива, которые превышают максимальное значение ptrdiff_t, потому что их индексы будут переполнены до отрицательного числа. На моей машине это сокращает доступные индексы в два раза! (поскольку оба size_t а также ptrdiff_t 64 бита, но один unsigned а другой signed)

Вот решения, которые я придумал, но, к сожалению, ни одно из них не является идеальным:

1. В конструкторе примите длину типа ptrdiff_t вместо size_tи добавьте проверку, которая проверяет, что данная длина не является отрицательной.

   Плюсы: Это решает проблему, так как теперь я мог бы получить доступ ко всем элементам в массиве, и все же учесть отрицательные индексы.

   Минусы: Ограничивает максимально возможную длину массива. (например, как я уже говорил ранее, в моей машине он сокращается вдвое)

2. Оставьте вещи такими, какие они есть, но в [] operatorприведите указатель к типу size_tи использовать тот факт, что отрицательное значение будет переполнено.

   то есть к данному индексу, добавьте разницу между элементом, на который мы сейчас указываем, и

   например, в моем примере раньше, так как vec2 указывает на второй элемент в арее, [] operator будет выглядеть примерно так

   template<class T>
   T& MyVector<T>::operator[] (std::ptrdiff_t index) {
   //Since vec2 points to the second element, we add 1.
   //For vec, we would add 0 since it points at the
   //first element in the array.
   std::size_t actual_index = static_cast<std::size_t>(index + 1);
   
   //Do boundary checking
   
   return this->ptr[actual_index];
   }
   

   Плюсы: Теперь мы можем получить доступ ко всем элементам в массиве.

   Минусы: Использование становится неуклюжим и уродливым.
   Например, если мы создадим вектор размером std::numeric_limits<std::size_t>::max()Затем, чтобы получить доступ к последнему элементу, нам нужно получить доступ к элементу ‘-1’:

   MyVector<int> big_vector(std::numeric_limits<std::size_t>::max());
   big_vector[-1] = 5; // big_vector[-1] is the last element in the array.
   
   MyVector<int> big_vector2 = big_vector + 1;
   std::cout << big_vector2[-2] << std::endl; // would print 5, since big_vector2 points at the second element in the array