Когда uint8_t ≠ беззнаковый символ?

Если он существует, uint8_t всегда должен иметь ту же ширину, что и unsigned char. Однако это не обязательно должно быть одного и того же типа; это может быть отдельный расширенный целочисленный тип. Он также не обязательно должен иметь то же представление, что и unsigned char; например, биты можно интерпретировать в обратном порядке. Это глупый пример, но он имеет больше смысла для int8_t, где signed char может быть дополнением до единиц или величиной знака, в то время как int8_t должен быть дополнением до двух.

Еще одно «преимущество» использования расширенного целочисленного типа без символов для uint8_t даже в «обычных» системах - это правила псевдонима языка Си. Типам символов разрешено использовать псевдонимы для чего угодно, что не позволяет компилятору сильно оптимизировать функции, которые используют как символьные указатели, так и указатели на другие типы, если ключевое слово restrict не было применено правильно. Однако даже если uint8_t имеет тот же размер и представление, что и unsigned char, если реализация сделала его отдельным, несимвольным типом, правила псевдонима к нему не применялись бы, и компилятор мог предположить, что объекты типов uint8_t и int, например, никогда не может псевдоним.

На каком типе системы uint8_t может быть юридически определен как тип, отличный от unsigned char?

Таким образом, uint8_t может быть юридически определен только в системах, где CHAR_BIT равно 8. Это адресуемая единица с ровно 8 битами значений и без битов заполнения.

Подробно CHAR_BIT определяет ширину наименьших адресуемых единиц, а uint8_t не может иметь битов заполнения; он может существовать только тогда, когда наименьшая адресуемая единица имеет ширину ровно 8 бит. Если CHAR_BIT равно 8, uint8_t может быть определен определением типа для любого 8-битового целочисленного типа без знака, который не имеет битов заполнения.

Вот что говорится в стандартном проекте C11 (n1570.pdf):

5.2.4.2.1 Размеры целочисленных типов 1 Приведенные ниже значения должны быть заменены константными выражениями, подходящими для использования в директивах предварительной обработки #if. ... Их значения, определяемые реализацией, должны быть равны или больше по величине (абсолютному значению) показанным с тем же знаком.

-- number of bits for smallest object that is not a bit-field (byte)
   CHAR_BIT                                            8

Таким образом, самые маленькие объекты должны содержать ровно биты CHAR_BIT.

6.5.3.4 Операторы sizeof и _Alignof

...

4 Когда sizeof применяется к операнду, имеющему тип char, unsigned char или signed char (или их квалифицированную версию), результат будет 1. ...

Таким образом, это (некоторые из) наименьшие адресуемые устройства. Очевидно, что int8_t и uint8_t также могут считаться наименьшими адресуемыми блоками, если они существуют.

7.20.1.1 Целочисленные типы точной ширины

1 Имя typedef intN_t обозначает целочисленный тип со знаком шириной N, без битов заполнения и представление с дополнением до двух. Таким образом, int8_t обозначает такой знаковый целочисленный тип шириной ровно 8 бит.

2 Имя typedef uintN_t обозначает беззнаковый целочисленный тип с шириной N и без битов заполнения. Таким образом, uint24_t обозначает такой беззнаковый целочисленный тип шириной ровно 24 бита.

3 Эти типы не являются обязательными. Однако, если реализация предоставляет целочисленные типы с шириной 8, 16, 32 или 64 бит, без битов заполнения и (для типов со знаком), которые имеют дополнение до двух представление, оно должно определять соответствующие имена typedef.

Я делаю акцент на «Эти типы необязательны». Я надеюсь, что это было полезно :)

Возможность, о которой пока никто не упоминал: если CHAR_BIT==8 и unqualified char беззнаковый, как в некоторых ABI, тогда uint8_t может быть typedef для char вместо unsigned char. Это имеет значение, по крайней мере, постольку, поскольку это влияет на выбор перегрузки (и его злого близнеца, искажение имени), то есть если бы у вас были и foo(char), и foo(unsigned char) в области видимости, вызов foo с аргументом типа uint8_t предпочел бы foo(char) в такой системе.