【C言語】整数型データ（short、int、long）を理解しよう！

2020年7月4日2020年7月5日

前回の学習にて、ビット、バイトの概要は理解できたでしょうか。今回は、プログラムにおけるデータの型のうち、「整数型」と呼ばれるデータについて理解していきましょう。今回はプログラム書きますよー！

変数と四則演算の理解
整数型データ（short、int、long）の理解
「符号ビット」と「オーバーフロー」の理解

1 変数
- 1.1 「変数」と「型宣言」
- 1.2 四則演算
2 整数の型
3 まとめ

変数

「変数」と「型宣言」

プログラムでは「変数」と呼ばれる、プログラム内で自由に数値を変えることが出来るデータを扱えます。

例えば以下のプログラムをそのまま張り付けて、動かしてみて下さい。（動かし方を忘れた方は、【第2回】「Hello World」を出力してみよう！に戻って復習してね！）

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int data = 5;
	printf("data = %d \n", data);

	return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int data = 5;

printf("data = %d \n", data);

return 0;

}

以下の様に出力されたと思います。

data = 5

printf()の処理は、データの中身を表示しているだけと捉えて、現時点ではあまり気にしないでください。注目してほしいのは以下の記述です。

int data = 5;

これは「変数宣言」と呼ばれる文になりまして、「型変数名 = 初期値;」の形式で書くことが出来ます。今回で言うと、「int型の変数dataを5で初期化します」という文になります。

変数は初期化後も、任意のタイミングで値を書き換えることが出来ます。例えば以下のように書くと、「data」は100になります。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int data = 5;
	data = 100;
	printf("data = %d \n", data);

	return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int data = 5;

data = 100;

printf("data = %d \n", data);

return 0;

}

data = 100

変数は何個でも（正確にはプログラムメモリが許す限り）宣言することが出来ます。例えば以下の様に、たくさんのデータを初期化することも可能です。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int data1 = 1;
	int data2 = 2;
	int data3 = 3;
	int data4 = 4;
	int data5 = 5;

	printf("data1 = %d, data2 = %d, data3 = %d, data4 = %d, data5 = %d \n",
		data1, data2, data3, data4, data5);

	return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int data1 = 1;

int data2 = 2;

int data3 = 3;

int data4 = 4;

int data5 = 5;

printf("data1 = %d, data2 = %d, data3 = %d, data4 = %d, data5 = %d \n",

data1, data2, data3, data4, data5);

return 0;

}

data1 = 1, data2 = 2, data3 = 3, data4 = 4, data5 = 5

四則演算

変数は、演算子「+」「-」「*」「/」を使って、加減乗除の演算が行えます。

以下のコードを張り付けてみて動かしてみて下さい。ちなみに1÷2は0.5ですが、変数「data」が整数型(int)ですので、答えは整数に丸められて、0になります。自分で色々いじってみて動かしてみましょう。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int data = 0;

	data = 1 + 2;
	printf("1 + 2 = %d \n", data);

	data = 1 - 2;
	printf("1 - 2 = %d \n", data);

	data = 1 * 2;
	printf("1 * 2 = %d \n", data);

	data = 1 / 2;
	printf("1 / 2 = %d \n", data);

	return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int data = 0;

data = 1 + 2;

printf("1 + 2 = %d \n", data);

data = 1 - 2;

printf("1 - 2 = %d \n", data);

data = 1 * 2;

printf("1 * 2 = %d \n", data);

data = 1 / 2;

printf("1 / 2 = %d \n", data);

return 0;

}

1 + 2 = 3

1 – 2 = -1

1 * 2 = 2

1 / 2 = 0

また、演算項には変数も使用することが出来ます。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int data = 0;
	int a = 5;
	int b = 3;

	data = a + b;
	printf("data = %d\n", data);

	return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int data = 0;

int a = 5;

int b = 3;

data = a + b;

printf("data = %d\n", data);

return 0;

}

data = 8

整数の型

整数の型「short」「int」「long」

それでは、数ある型のうち、整数を扱うものを見ていきましょう。

型名	バイト数	データ範囲
short	2	（符号無し）0～65535 （符号付き）-32768 ～ 32767
int	2 or 4	（符号無し）0～4294967295 （符号付き）-2147483648～2147483647
long	4	（符号無し）0～4294967295 （符号付き）-2147483648～2147483647
long long	8	（符号無し）0～18446744073709551615 （符号付き）-9223372036854775808 ～9223372036854775807

上表で扱う型が、一般的に整数として扱う型になります。

int型は少し特殊で、データサイズが2byteになるか4byteになるかはコンパイラに依存します。最近のPCを利用している方はほとんどが4byteになるので、ここではint = 4byteで説明していきます。

また、short、longは、正しくは「short int」、「long int」と、最後にintを付けるのですが、大抵のコンパイラは省略しても同じ意味で通りますので、省略します。

short、int、longの概念は、他の言語（Java、C#等）でもほぼほぼ同じとなります。

符号ビットと「signed」「unsigned」

ここで、「符号無し」「符号付き」について解説します。

例えばshortであれば、2byteデータになります。これは16bit分のデータになりますが、この先頭ビットを数値として扱うか、符号（＋－）として扱うかを選択できます。

型宣言をそのまました場合、もしくは「signed」という修飾子を付けた場合は「符号付き」、「unsigned」という修飾子を付けた場合は「符号無し」になります。unsignedの場合のみ、先頭ビットが「符号」として扱われます。

見てもらって分かる通り、「unsigned short」の場合は16ビット全てを数値として使用できるので、データの範囲は「0～0xffff（65535）」となるわけです。0xffff = 65535となる理由が分からない方は、前回の記事に戻ってみて下さい。

一方、「short」「signed short」の場合は15ビットを数値として使用しますので、データの絶対値の範囲は「0～0x7fff（32767）」となります。それに－が付くので、そのまま素直に考えると「-32767～32767」になりそうな気がしますが、実は2の補数という考えにもとづき、－側だけ範囲が1増えて、正しくは「-32768～32767」になります。

int、long longに関しても同じです。unsignedの場合はバイト数全てがデータ範囲になりますが、signedの場合は先頭ビットが符号扱いになり、－側だけ表現範囲が1大きくなります。

「2の補数」とは、全てのbitを反転（0→1、1→0）させて、1足した数のことを言います。負の数も足し算で表現するために用いられます。詳しく知りたい方はネットで検索してみて下さい。今からプログラムを組むぞという方には不要かなと思っていますので、本記事での説明は割愛致します。

オーバーフロー

それでは、データ範囲を超えるような値を代入した場合、データはどうなってしまうのでしょうか。unsigned short型に「65535」を超えるような値を入れた例を考えます。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	unsigned short data = 65535;
	printf("data = %d\n", data);

	data = data + 1;
	printf("data = %d\n", data);

	return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void)

{

unsigned short data = 65535;

printf("data = %d\n", data);

data = data + 1;

printf("data = %d\n", data);

return 0;

}

data = 65535

data = 0

実行してみたら分かる通り、65535の次は0に戻っていることが分かります。これは内部的には1ビットを加算する処理を行っており、「11111111 11111111」に1を足した結果、「00000000 00000000」に戻るという動きをしているからになります。これをオーバーフローと言います。プログラムの型のデータサイズを理解せずに発生させてしまう不具合となりますので、必ずデータサイズを意識して演算を行うようにしましょう。