整数型 | Programming Place Plus　Ｃ言語編　第１９章

このページの概要

以下は目次です。

• 整数型
  • char、signed char、unsigned char
  • short
  • int
  • long
  • long long
  • _Bool
• 整数リテラルの型
• sizeof
  • 型の別名 (typedef)
• 限界値
• 表現できない値を与えたとき
• 練習問題
• 参考リンク
• 更新履歴

整数型

ここまでの章で登場した整数型は、int型か unsigned int型ですが、整数型はほかにも多数あります。この章で大半の整数型を紹介します。

すべての型を一覧にした表が、「APPENDIX　型の分類表」にあります。

整数型に多くの種類があるのは、表現したい数の範囲によって使い分けるためです。広い範囲の整数が表現できなければならないときには、メモリの消費量が大きくなってしまってでも、大きな整数型を使う必要性があります。反対に、表現したい数の範囲が狭いのなら、小さな整数型を選ぶことによって、メモリを節約できます。「大きな」とか「小さな」といった表現をしていますが、これは型には大きさ (size) があるということです。型の大きさはバイト (byte) という単位で表現でき、sizeof演算子を使って調べられます。

「大きさ」のことを「長さ (length)」と表現する場合もあります。

ただし、さまざまな整数型を不用意に混在させない方がいいです。型が混在している場合、どれかの型に合わせる変換が必要になるのですが、このルールは非常に複雑であり、正しく取り扱うには相当の慎重さが求められるからです。とはいえ、int型で表現しきれない数を扱うには、より大きな型を選択することは避けられませんから、ある程度の理解は必要です。

Ｃ言語には以下の整数型が定義されています。

• char
• signed char
• unsigned char
• (signed) short (int)
• unsigned short (int)
• (signed) int
• unsigned (int)
• (signed) long (int)
• unsigned long (int)
• (signed) long long (int)
• unsigned long long (int)
• _Bool
• 列挙型

【C++プログラマー】C++ では、列挙型は整数型ではないとされています。また、wchar_t、char16_t、char32_t については、Ｃ言語ではそれぞれ typedef で作られる型の別名なので、このリストには登場しません。

(signed) の部分は、ソースコードに記述するときには省略できます。signed char の場合は signed を省略すると、char型になるので省略できません。

同様に、(int) の部分も省略できます。

上記の型のうち、signed char、short int、int、long int、long long int の 5つを、標準符号付き整数型 (standard signed integer types) と呼びます。また、unsigned char、unsigned short int、unsigned int、unsigned long int、unsigned long long int、_Bool の 6つを、標準符号無し整数型 (standard unsigned integer types) と呼びます。そして両方を合わせたものを、標準整数型 (standard integer types) と呼びます。

これらに加えて、処理系が独自の整数型を定義していることがあり、拡張整数型 (extended integer types) と呼ばれます。その目的は多くの場合、標準整数型では表現できないさらに大きな整数型を提供することにあります。拡張整数型にも符号の有無があって、符号付きのものを拡張符号付き整数型 (extended signed integer types)、符号無しのものを拡張符号無し整数型 (extended unsigned integer types) と呼びます。

単に符号付き整数型といった場合、標準符号付き整数型と拡張符号付き整数型を含みます。単に符号無し整数型といった場合は、標準符号無し整数型と拡張符号無し整数型を含みます。

ある符号付き整数型に unsiged キーワードを付加した型を、「対応する符号無し整数型」と表現することがあります。対応する符号無し整数型の大きさは、元の符号付き整数型と必ず一致します。

// 以下の３つはすべて異なる型
char c = 0;
signed char sc = 0;
unsigned char uc = 0;

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char input_string[40];
    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
    signed char c;
    sscanf(input_string, "%hhd", &c);
    printf("%hhd\n", c);

    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
    unsigned char uc;
    sscanf(input_string, "%hhu", &uc);
    printf("%hhu\n", uc);
}

-123  <-- 入力された内容
-123
123  <-- 入力された内容
123

// 以下の４つは同等
short si = 0;
short int si = 0;
signed short si = 0;
signed short int si = 0;

// 以下の２つは同等
unsigned short usi = 0;
unsigned short int usi = 0;

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char input_string[40];
    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
    short s;
    sscanf(input_string, "%hd", &s);
    printf("%hd\n", s);

    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
    unsigned short us;
    sscanf(input_string, "%hu", &us);
    printf("%hu\n", us);
}

-1234  <-- 入力された内容
-1234
1234  <-- 入力された内容
1234

// 以下の３つは同等
int i = 0;
signed int i = 0;
signed i = 0;

// 以下の２つは同等
unsigned int ui = 0;
unsigned ui = 0;

// 以下の４つは同等
long li = 0;
long int li = 0;
signed long li = 0;
signed long int li = 0;

// 以下の２つは同等
unsigned long uli = 0;
unsigned long int uli = 0;

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char input_string[40];
    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
    long l;
    sscanf(input_string, "%ld", &l);
    printf("%ld\n", l);

    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
    unsigned long ul;
    sscanf(input_string, "%lu", &ul);
    printf("%lu\n", ul);
}

-1234567  <-- 入力された内容
-1234567
1234567  <-- 入力された内容
1234567

// 以下の４つは同等
long long lli = 0;
long long int lli = 0;
signed long long lli = 0;
signed long long int lli = 0;

// 以下の２つは同等
unsigned long long ulli = 0;
unsigned long long int ulli = 0;

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char input_string[40];
    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
    long long ll;
    sscanf(input_string, "%lld", &ll);
    printf("%lld\n", ll);

    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
    unsigned long long ull;
    sscanf(input_string, "%llu", &ull);
    printf("%llu\n", ull);
}

-123456789012345  <-- 入力された内容
-123456789012345
123456789012345  <-- 入力された内容
123456789012345

整数リテラルの型

整数リテラルの型のルールを取り上げておきます^{3 4}。

基本的な考え方としては、ルールに沿っていくつかの整数型を順番に試していき、その値を表現できる最初の型で確定となります。そのルールが、8進数や 16進数をあらわすプリフィックス（第１８章）の有無や、型の大きさや符号の有無を強制するサフィックスの有無によって変わります。

拡張整数型については、そのような型が存在する場合に限られます。いずれの型でも表現できない場合はコンパイルエラーになります。

型の大きさを表すサフィックスは、100L とか 100LL といったように表記します。小文字と大文字のいずれを使っても構いませんが、l は 1 と見間違いやすいため、L を勧めます。

long li = 100000L;
long li = 100000l;   // 1000001 のようにみえるので勧めない
long long lli = 10000000000LL;
long long lli = 10000000000ll;   // 10000000011 や 10000000001L と間違えやすいので勧めない

いずれの場合でも、Uサフィックスを同時に付加できます。

unsigned long uli = 100000UL;
unsigned long uli = 100000LU;
unsigned long long ulli = 10000000000ULL;
unsigned long long ulli = 10000000000LLU;

signed char や short に対応するサフィックスがないことに気付かれたかもしれませんが、そのようなサフィックスは存在しません。実は、これがないと困るという場面はないからです。たとえば、short型の値は、代入や計算を行うときなどに、自動的に int型に拡張されます（第２１章で取り上げる、整数拡張の動作）。そのため、仮に short型であることをあらわすサフィックスがあったとしても、結局 int型として取り扱われるため意味がありません。

sizeof

sizeof演算子 (sizeof operator) を使うと、型の大きさをバイト数で調べられます。

sizeof演算子の使い方には以下のパターンがあります。

sizeof(型名)
sizeof(式)
sizeof 式

「型名」を指定した場合、その型の大きさが得られます。

「式」を指定した場合、その式の結果の型の大きさが得られます。このとき、その式は実際には評価されません。たとえば、int の戻り値を返す関数f があるとき、sizeof(f()) は、戻り値の型 int の大きさを得られますが、関数f が呼び出されるわけではありません。同じ理由で、sizeof(a++) では a の値は増えません。

sizeof演算子によって得られる値の型は size_tです。size_t は標準ライブラリで定義されており、符号のない整数型として使えますが、これ自体の大きさは処理系定義です。size_t を使うには #include <stddef> が必要ですが、わざわざ記述せずとも使えることが多いです。

printf関数を使って size_t型の値を出力するときには、“z” という長さ修飾子を使います。符号無し整数型なので、“zu” ということになります。sscanf関数も同様です。

sizeof演算子を使って、各種整数型の大きさを調べてみます。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("sizeof(char) == %zu\n", sizeof(char));
    printf("sizeof(signed char) == %zu\n", sizeof(signed char));
    printf("sizeof(unsigned char) == %zu\n", sizeof(unsigned char));
    printf("sizeof(short) == %zu\n", sizeof(short));
    printf("sizeof(unsigned short) == %zu\n", sizeof(unsigned short));
    printf("sizeof(int) == %zu\n", sizeof(int));
    printf("sizeof(unsigned int) == %zu\n", sizeof(unsigned int));
    printf("sizeof(long) == %zu\n", sizeof(long));
    printf("sizeof(unsigned long) == %zu\n", sizeof(unsigned long));
    printf("sizeof(long long) == %zu\n", sizeof(long long));
    printf("sizeof(unsigned long long) == %zu\n", sizeof(unsigned long long));
    printf("sizeof(_Bool) == %zu\n", sizeof(_Bool));
}

実行結果：

sizeof(char) == 1
sizeof(signed char) == 1
sizeof(unsigned char) == 1
sizeof(short) == 2
sizeof(unsigned short) == 2
sizeof(int) == 4
sizeof(unsigned int) == 4
sizeof(long) == 4
sizeof(unsigned long) == 4
sizeof(long long) == 8
sizeof(unsigned long long) == 8
sizeof(_Bool) == 1

char、signed char、unsigned char の大きさは必ず 1 です。ほかの型の大きさはすべて処理系定義であり、この実行結果とは異なるかもしれません。

typedef 元の名前 別名;

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    typedef int money_t;   // 金額型
    typedef int amount_t;  // 数量型

    money_t cost = 123;
    amount_t amount = 10;

    printf("%d\n", cost * amount);
}

1230

typedef unsigned int size_t;

typedef unsigned long long int size_t;

限界値

ある整数型で表現できる値の範囲は、標準ライブラリに定義されているマクロ（第１０章）を使って調べることもできます。このマクロを使うには、#include <limits.h> が必要です。

次のプログラムを実行すると、各型の限界値（最小値と最大値）が分かります。

#include <limits.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("char: (MIN)%d  (MAX)%d\n", CHAR_MIN, CHAR_MAX);
    printf("signed char: (MIN)%d  (MAX)%d\n", SCHAR_MIN, SCHAR_MAX);
    printf("unsigned char: (MIN)%d  (MAX)%d\n", 0, UCHAR_MAX);
    printf("short: (MIN)%d  (MAX)%d\n", SHRT_MIN, SHRT_MAX);
    printf("unsigned short: (MIN)%d  (MAX)%d\n", 0, USHRT_MAX);
    printf("int: (MIN)%d  (MAX)%d\n", INT_MIN, INT_MAX);
    printf("unsigned int: (MIN)%u  (MAX)%u\n", 0U, UINT_MAX);
    printf("long: (MIN)%ld  (MAX)%ld\n", LONG_MIN, LONG_MAX);
    printf("unsigned long: (MIN)%lu  (MAX)%lu\n", 0UL, ULONG_MAX);
    printf("long long: (MIN)%lld  (MAX)%lld\n", LLONG_MIN, LLONG_MAX);
    printf("unsigned long long: (MIN)%llu  (MAX)%llu\n", 0ULL, ULLONG_MAX);
}

実行結果：

char: (MIN)-128  (MAX)127
signed char: (MIN)-128  (MAX)127
unsigned char: (MIN)0  (MAX)255
short: (MIN)-32768  (MAX)32767
unsigned short: (MIN)0  (MAX)65535
int: (MIN)-2147483648  (MAX)2147483647
unsigned int: (MIN)0  (MAX)4294967295
long: (MIN)-2147483648  (MAX)2147483647
unsigned long: (MIN)0  (MAX)4294967295
long long: (MIN)-9223372036854775808  (MAX)9223372036854775807
unsigned long long: (MIN)0  (MAX)18446744073709551615

出力結果は処理系によって異なります。

たとえば short型の最小値を出力するときの指定は “%hd” なような感じがしますが、これらのマクロで得られるものは整数リテラルであり、型は int 以上の大きさを持った整数型です（「整数リテラルの型」の項を参照）。そのため、char や short のところでは “%d” を使っています。

存在するマクロを以下の表にまとめました。符号無し整数型の場合は、最大値の方だけが用意されています（最小値は必ず 0）。

size_t型の最大値を SIZE_MAX で得られますが、これは #include <stdint.h> が必要です。

表現できない値を与えたとき

初期化や代入などで与えようとした値が、相手側の整数型で表現できない場合の結果は、相手側の型の符号の有無によって異なります⁵。

• 相手側の型で値を表現できず、相手側の型が符号無し整数型の場合、「相手側の型の上限値 + 1」を加算または減算することを、相手側の型の範囲に収まるまで繰り返した値になる
• 相手側の型で値を表現できず、相手側の型が符号付き整数型の場合、処理系定義の値になるか、処理系定義のシグナルを生成する

１つ目のルールは分かりづらいですが、大まかにいえば、上限値を超えたら下限値から戻ってくる、下限値を超えたら上限値から戻ってくるということです。たとえば 最大値 + 1 の結果は 0 ですし、0u - 1u の結果は上限値と一致します。こういう動作をラップアラウンド (wrap around) といいます（たまに、オーバーフローと誤解されますが、これはオーバーフローではありません）。

２つ目のルールも難しいですが、ともかく処理系定義なので、移植性を考えると、表現できない値を与えないほうがいいということになります。