整数型は単純なようで難しい | C言語

整数型は単純なようで処理系によって型のサイズが異なったり、演算では拡張されたりなどやっかいな性質をもっています。これらの性質を正しく理解したうえで使用しないと、原因の特定が困難な問題を引き起こす恐れがあります。浮動小数点数型よりも扱いに気を配らないといけないのが整数型なのです。

整数型の範囲

整数型の表現できる範囲は処理系によって異なります。C言語では各整数型が表現できる最低の値を規定しており、少なくとも下記表に示す値を表現することができます。なお表に出てくる「CHAR_MIN」「CHAR_MAX」などは、<limits.h>で定義されているマクロ定数です。

なお2の補数と1の補数の表現方法の違いについては、下記表を参照してください。

型変換

型の異なる整数型に代入する場合の挙動は、次のようになります。 なお変換前の値をa、変換後の型をT、変換後の型の最大値をT_MAX、変換後の型の最小値をT_MINとします。

整数拡張

int型より小さな整数型は、演算時に整数拡張されます。元の型の値をint型で表現できる場合はint型に、それ以外の場合はunsigned int型に変換します。

signed char cresult, c1, c2, c3;
c1 = 100;
c2 = 3;
c3 = 4;

// signed charは300を表せないが、intに変換されるため300を保持でき"300/4=75"となる
cresult = c1 * c2 / c3;

整数リテラル

10進数以外の整数リテラル（ソースコード内に直接記述した定数）を表現する方法として、下記表のものが用意されています。

幅指定整数型

上で述べたとおり、C言語では整数型のサイズが処理系依存です。これを知らずに既存のソースコードを移植すると、思わぬ痛手を被る恐れがあります。この対策としてC言語ではサイズを指定した整数型、幅指定整数型というものが用意されています。

幅指定整数型を使用するには<stdint.h>をインクルードします。そしてintやlongなどの代わりにint8_tやint16_tで変数を宣言するだけです。符号なし整数「unsigned」を「u」のみで表せられるため使わない手はないでしょう。

#include <stdint.h>

int8_t   i8;   // 符号あり1バイト
int16_t  i16;  // 符号あり2バイト
int32_t  i32;  // 符号あり4バイト
int64_t  i64;  // 符号あり8バイト
uint8_t  u8;   // 符号なし1バイト
uint16_t u16;  // 符号なし2バイト
uint32_t u32;  // 符号なし4バイト
uint64_t u64;  // 符号なし8バイト

その他注意点

整数型どうしの演算結果は整数型となります。これが何を表しているかというと、整数型どうしの割り算を行うと小数点以下が切り捨てられる、という事象が発生するのです。

int a = 3;
int b = 2;
int c;

// c = 3 / 2 = 1.5 = 1
c = a / b;

上記は分かりやすい例で、この程度であれば不具合はそうそう起きません。しかし下記の例はどうでしょうか？左式がdouble型のため「c = 1.5」になりそうに見えます。ところが「整数型どうしの演算結果は整数型になる」というのは一演算毎に発生するのです。したがって下記例の結果は「c = 1」となります。

int a = 3;
int b = 2;
double c;

// c = 3 / 2 = 1.5 = 1
c = a / b;

これを「c = 1」ではなく「c = 1.5」とするためには、キャストという操作を行う必要があります。キャストを行うと、任意の型に変換することができます。したがってキャストを行うことで整数型どうしの演算ではなく、整数型と浮動小数点数型の演算に変えてしまえばいいのです。

int a = 3;
int b = 2;
double c;

// c = (double)3 / 2 = 3.0 / 2 = 1.5
c = (double)a / b;