数値型

[C++] long long型の範囲 / 最大値・最小値の取得

C++のlong long型は、64ビット整数を表すデータ型で、符号付き整数として使用されます。

その範囲は、最小値が\(-2^{63}\)、最大値が\(2^{63} – 1\)です。

具体的には、最小値は\(-9,223,372,036,854,775,808\)、最大値は\(9,223,372,036,854,775,807\)となります。

最大値や最小値を取得するには、<climits>ヘッダーをインクルードし、LLONG_MAXおよびLLONG_MINを使用します。

目次から探す

long long型とは
- 特徴
long long型の範囲
- long long型の範囲
- 符号付きと符号なしの違い
最大値と最小値の取得方法
- std::numeric_limitsを使用する方法
- 直接的な定義を使用する方法
long long型の範囲を超える場合の対処法
long long型の範囲に関連する注意点
まとめ

long long型とは

C++におけるlong long型は、整数を扱うためのデータ型の一つで、特に大きな数値を扱う際に使用されます。

long long型は、通常64ビットのサイズを持ち、より広い範囲の整数を表現することができます。

これにより、標準的なint型やlong型では表現できない大きな数値を扱うことが可能です。

特徴

サイズ: 64ビット(8バイト)
符号付き: 正の数と負の数の両方を表現可能
範囲: -2^63 から 2^63 – 1 までの整数を扱える

以下は、long long型を使用して大きな整数を扱うサンプルコードです。

#include <iostream>
int main() {
    long long largeNumber = 9223372036854775807; // long long型の最大値
    std::cout << "long long型の最大値: " << largeNumber << std::endl; // 最大値を出力
    return 0;
}

long long型の最大値: 9223372036854775807

このように、long long型を使用することで、非常に大きな整数を簡単に扱うことができます。

long long型の範囲

long long型は、整数を表現するためのデータ型であり、その範囲は非常に広いです。

具体的には、long long型は64ビットのサイズを持ち、符号付き整数として使用される場合、以下のような範囲を持ちます。

long long型の範囲

特徴	符号付き範囲	符号なし範囲
ビット数	64ビット	64ビット
最小値	-2^63(-9,223,372,036,854,775,808)	0
最大値	2^63 – 1(9,223,372,036,854,775,807)	2^64 – 1(18,446,744,073,709,551,615)

符号付きと符号なしの違い

符号付き: 負の数と正の数の両方を表現できる。
符号なし: 正の数のみを表現でき、範囲が倍増する。

以下は、long long型の範囲を確認するためのサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <limits> // limitsを使用するために必要
int main() {
    long long minValue = std::numeric_limits<long long>::min(); // 最小値
    long long maxValue = std::numeric_limits<long long>::max(); // 最大値
    std::cout << "long long型の最小値: " << minValue << std::endl; // 最小値を出力
    std::cout << "long long型の最大値: " << maxValue << std::endl; // 最大値を出力
    return 0;
}

long long型の最小値: -9223372036854775808
long long型の最大値: 9223372036854775807

このように、long long型は非常に広い範囲の整数を扱うことができ、特に大きな数値を必要とするプログラムにおいて非常に便利です。

最大値と最小値の取得方法

C++において、long long型の最大値と最小値を取得する方法はいくつかありますが、最も一般的な方法は<limits>ヘッダを使用することです。

このヘッダには、各データ型の特性を取得するためのstd::numeric_limitsテンプレートが含まれています。

std::numeric_limitsを使用する方法

std::numeric_limitsを使用することで、long long型の最大値と最小値を簡単に取得できます。

以下にその方法を示します。

コード例

#include <iostream>
#include <limits> // limitsを使用するために必要
int main() {
    // long long型の最小値を取得
    long long minValue = std::numeric_limits<long long>::min(); 
    // long long型の最大値を取得
    long long maxValue = std::numeric_limits<long long>::max(); 
    std::cout << "long long型の最小値: " << minValue << std::endl; // 最小値を出力
    std::cout << "long long型の最大値: " << maxValue << std::endl; // 最大値を出力
    return 0;
}

long long型の最小値: -9223372036854775808
long long型の最大値: 9223372036854775807

直接的な定義を使用する方法

long long型の最大値と最小値は、直接的に数値を定義することでも取得できますが、可読性や保守性の観点から、std::numeric_limitsを使用することが推奨されます。

以下は、直接的に定義する方法の例です。

#include <iostream>
int main() {
    // long long型の最小値と最大値を直接定義
    long long minValue = -9223372036854775808LL; // 最小値
    long long maxValue = 9223372036854775807LL;  // 最大値
    std::cout << "long long型の最小値: " << minValue << std::endl; // 最小値を出力
    std::cout << "long long型の最大値: " << maxValue << std::endl; // 最大値を出力
    return 0;
}

long long型の最小値: -9223372036854775808
long long型の最大値: 9223372036854775807

std::numeric_limitsを使用することで、long long型の最大値と最小値を簡単に取得できる。
直接的に数値を定義する方法もあるが、可読性の観点からstd::numeric_limitsの使用が推奨される。

long long型の範囲を超える場合の対処法

long long型は非常に広い範囲の整数を扱うことができますが、それでも限界があります。

もし計算やデータ処理の結果がlong long型の範囲を超える場合、オーバーフローが発生し、予期しない結果を引き起こす可能性があります。

ここでは、long long型の範囲を超える場合の対処法をいくつか紹介します。

1. より大きなデータ型を使用する

C++では、__int128型など、さらに大きな整数を扱うことができるデータ型があります。

ただし、__int128は標準C++には含まれていないため、コンパイラによってサポートされているか確認する必要があります。

以下は、__int128を使用する例です。

#include <iostream>
int main() {
    __int128 largeNumber = (__int128)9223372036854775807 * 2; // long long型の最大値を超える計算
    std::cout << "計算結果: " << (long long)largeNumber << std::endl; // long long型にキャストして出力
    return 0;
}

2. ライブラリを使用する

大きな整数を扱うためのライブラリを使用することも一つの方法です。

例えば、GMP(GNU Multiple Precision Arithmetic Library)などのライブラリを使用することで、任意の精度の整数を扱うことができます。

以下は、GMPを使用した例です。

#include <iostream>
#include <gmpxx.h> // GMPライブラリを使用するために必要
int main() {
    mpz_class largeNumber; // GMPの大きな整数型
    largeNumber = "9223372036854775807"; // long long型の最大値を超える数値を設定
    largeNumber *= 2; // 計算
    std::cout << "計算結果: " << largeNumber.get_str() << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

3. 計算を分割する

計算を分割して、各部分でlong long型の範囲内に収める方法もあります。

例えば、累積計算を行う際に、途中で結果を分割して計算することが考えられます。

以下はその例です。

#include <iostream>
int main() {
    long long result = 1;
    for (long long i = 1; i <= 20; ++i) { // 20!の計算
        result *= i;
        if (result < 0) { // オーバーフローをチェック
            std::cout << "オーバーフローが発生しました。" << std::endl;
            return 1;
        }
    }
    std::cout << "20!の結果: " << result << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}