64ビット整数の完全ガイド: 二進補表現・言語別型・エンディアン・移植性と実務の使いどころ

2025年11月20日 最終更新日時 : 2025年11月20日 エバープレイ編集部

はじめに — 「64ビット整数」とは何か

「64ビット整数（64-bit integer）」は、コンピュータ上で整数を表現するデータ型の一つで、情報を格納するビット数が64ビット（8バイト）であることを指します。現代の多くのOSやCPUアーキテクチャで標準的に使われており、ファイルサイズ、タイムスタンプ、識別子、カウンタなど広範な用途に利用されます。本稿では、64ビット整数の基本、内部表現、各言語やプラットフォームでの振る舞い、注意点や実務での使いどころまでを詳しく解説します。

基本仕様 — サイズと値の範囲

  • 格納サイズ：64ビット＝8バイト。
  • 符号付き（signed）64ビット整数：一般的には二進補（two's complement）表現を用い、値の範囲は -2^63 ... 2^63−1（約 -9.22×10^18 〜 9.22×10^18）です。
  • 符号なし（unsigned）64ビット整数：0 ... 2^64−1（約 1.84×10^19）まで表現できます。

注：C言語の標準上は符号表現の仕様が完全には強制されていない時期もありましたが、実際の主要なCPUとコンパイラでは二進補が事実上の標準になっています。

内部表現：二進補（Two's Complement）が主流

ほとんどの現代的なハードウェアとコンパイラは二進補表現を採用しています。二進補では最上位ビット（MSB）が符号ビットを兼ね、負数はビット反転＋1で表されます。これにより、加減算や比較が単純化され、符号付き・符号なしの多くの演算が同じハードウェア回路で処理できます。

言語ごとの型名と扱い

  • C/C++：long long は最低でも64ビットが保証されており、固定幅の型として int64_t（ / ）が利用できます。符号付きオーバーフローは未定義動作（undefined behavior）である点に注意してください。符号なしは uint64_t。
  • Java：long は符号付き64ビット（二進補）で、範囲は -2^63 ... 2^63−1 です。シフトや算術の振る舞いは言語仕様で定義されています。
  • C#/.NET：long（System.Int64）は符号付き64ビット、ulong（System.UInt64）は符号なし64ビット。
  • Go：int64 / uint64 が利用可能。言語仕様に基づく厳密な型システムがあります。
  • JavaScript：標準の Number はIEEE754倍精度浮動小数点で、有効整数は±2^53まで（安全整数）。64ビット整数精度を必要とする場合は BigInt を使うか、文字列やライブラリで扱います。
  • Python：組み込みの int は任意精度（必要に応じて拡張）なので、明示的に64ビットに制限しない限りオーバーフローは起きません。C拡張や構造体のバイナリ変換（struct.pack/unpack）では 8 バイト固定の 64 ビット表現を扱えます。

表現と実装に関する重要事項

  • オーバーフローの振る舞い：C/C++ では符号付き整数のオーバーフローが未定義動作であり、コンパイラ最適化に影響する可能性があります。一方、符号なし整数は2^nでの剰余（いわゆるラップアラウンド）で定義されています。
  • シフト演算：言語によって扱いが異なります。Cではシフト量がビット幅以上だと未定義（UB）ですが、Javaでは long の右シフト量は下位6ビット（%64）が使用されます。また符号付き右シフトが算術シフト（符号ビットを保持）か論理シフト（ゼロ埋め）かは言語仕様や演算子によります（例：Java は >> が算術、>>> が論理）。
  • エンディアン（バイト順）：64ビット整数をバイト列にするとき、エンディアンに注意が必要です。x86/x86-64 系はリトルエンド（LSB が先）を採用しますが、ネットワークバイトオーダーはビッグエンド（RFC 準拠）です。プロトコルやファイルフォーマットでの互換性確保が重要です。
  • 整数から浮動小数点への変換：IEEE754倍精度（double）は仮数部が53ビットなので、全ての64ビット整数を正確に表現できません。2^53 を超える整数を double に変換すると丸めが生じます。

アーキテクチャとデータモデル（LP64 / LLP64 など）

64ビット環境でも「型のサイズ」はOS/ABIによって異なります。代表的なモデル：

  • LP64（Linux/Unix系の一般的モデル）：long と ポインタが64ビット、int は32ビット。
  • LLP64（Windows 64-bit）：long は32ビット、long long と ポインタが64ビット。

この違いは移植性に影響するため、特にファイルフォーマットやネットワークプロトコルで"long"を直接使う設計は避け、固定幅型（例：int64_t）や明示的なサイズ指定を用いることが推奨されます。

性能・同時実行性・アトミック性

  • 性能：64ビットCPU（x86-64やARM64）では64ビット整数演算がネイティブで高速に実行されます。一方、32ビット環境では64ビット演算は複数命令に分かれるためコストが高くなります。
  • アトミック性：プラットフォームによっては64ビットメモリ操作がアトミックに保証されない場合があります。マルチスレッド環境では、C11/C++11 の std::atomic<int64_t> など、言語のアトミック機能を使うべきです。Javaでは長さ64のプリミティブは歴史的に非アトミックであった環境があり（古い JVM 実装）、AtomicLong の利用が推奨されます。

実務での使いどころと注意点

  • タイムスタンプやファイルサイズ：UNIX 時刻の秒やミリ秒、ファイルオフセットなどは64ビットで扱うことが多いです（Year 2038問題の回避など）。
  • データベース：SQL の BIGINT は一般に64ビット整数（符号付き）を意味します。DBごとに符号無しオプションや範囲表記があるため確認が必要です（例：MySQL の BIGINT UNSIGNED）。
  • シリアライズ/相互運用：JSON や JavaScript の Number の制約（安全整数限界）により、64ビット整数をそのままシリアライズすると精度欠損が発生することがあります。文字列化や BigInt、専用のバイナリフォーマット（Protocol Buffers など）を検討してください。
  • 互換性とポータビリティ：ローカルで long を直接ファイルに落とすような設計は避け、固定幅の型を用いる、エンディアンを明示する、フォーマットを明記する、という基本を守るべきです。

よくある誤解・落とし穴

  • 「64ビット環境＝すべての型が64ビット」ではありません。前述のデータモデル差に注意。
  • 「浮動小数点（double）に変換すれば64ビット整数は安全に扱える」も誤り。double は 53 ビットの正確性しか保証しません。
  • 「符号付きオーバーフローは安全にラップする」と勘違いすると、C/C++では未定義動作につながりバグやセキュリティ問題を引き起こす可能性があります。
  • ネットワークや異プラットフォーム間でのバイナリ交換時は、エンディアンと符号性を必ず明示する必要があります。

まとめ

64ビット整数は現代のソフトウェアで非常に汎用的かつ重要な型です。8バイトに収まる大きな整数範囲を提供し、タイムスタンプ、ファイルオフセット、識別子、統計カウントなどで幅広く使われます。一方で、言語仕様やプラットフォーム差、エンディアン、オーバーフローの扱い、浮動小数点との変換問題など、実装や相互運用を考えると注意すべき点も多くあります。可搬性を高めるには固定幅型（例：int64_t）を使い、シリアライズ時にエンディアンや表現方法を明示することが重要です。

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