64-bit unsigned integerの完全ガイド：範囲・実装・落とし穴と実務での使い方

2025年12月28日 最終更新日時 : 2025年12月28日 エバープレイ編集部

概要 — 64-bit unsigned integerとは何か

64-bit unsigned integer（64ビット符号なし整数）は、符号ビットを持たない固定長の整数型で、最小0、最大値は2の64乗マイナス1（18446744073709551615）まで表現できます。メモリ上では8バイト（64ビット）を占め、低レベルではビット列そのものを数値として解釈します。システムプログラミングやファイルサイズ、ID、ビットマスク、暗号関連の乱数表現など多くの場面で使われます。

範囲と表現

  • 最小値: 0
  • 最大値: 2^64 - 1 = 18446744073709551615
  • 16進表記: 0xFFFFFFFFFFFFFFFF
  • バイト数: 8バイト（64ビット）

符号なし整数は二進数そのものを数値として扱います。負の数を表すには符号付整数のような処理（2の補数など）は行いません。

メモリ上の配置とエンディアン

64ビット整数がメモリに格納されるとき、エンディアン（バイト順序）が重要です。リトルエンディアン（x86_64など）では最下位バイトが低位アドレスに来ます。ビッグエンディアンではその逆です。バイナリファイルやネットワーク通信で整数をやり取りするときは必ずエンディアンを明示・変換しましょう（ネットワークバイトオーダーはビッグエンディアン）。

言語ごとの扱い

  • C/C++: uint64_t（stdint.h）が標準的。符号なしの算術オーバーフローは定義済み（2^64での剰余）。表示には PRIu64 マクロを使うのが移植的。
  • Java: long は64ビットだが符号あり。Javaは標準で符号なし64ビット型を持たないが、Java 8以降は Long.toUnsignedString や Long.divideUnsigned 等の無符号演算補助がある。完全な非負かつ大きな整数が必要なら BigInteger を使う。
  • C#: ulong（System.UInt64）が利用可能。
  • JavaScript: 通常の Number は IEEE754 倍精度浮動小数点で 53ビット精度しかないため 64ビット整数の全範囲を正確に表現できない。ES2020の BigInt を使うか、文字列で扱う必要がある。
  • SQL: MySQL では BIGINT UNSIGNED が 0～2^64-1 をサポート。PostgreSQL は組み込みの unsigned 型を持たないため、numeric やチェック制約、あるいは bigint と工夫で代替する。

算術とビット演算の挙動

多くの言語（C/C++ など）で符号なし整数の算術はモジュロ演算（2^64 での剰余）として定義されています。つまりオーバーフローはラップアラウンドし、未定義動作にはなりません（符号付整数のオーバーフローは未定義）。ビットシフトや論理演算はビット単位操作として扱われますが、右シフトが論理シフトか算術シフトかは型（符号なしなら論理シフト＝ゼロ埋め）に依存します。

実務での代表的な用途

  • 一意のID（オートインクリメントやハッシュの断片）
  • ファイルサイズやオフセット（64-bit ファイルシステム対応）
  • タイムスタンプ（ナノ秒等を表現するとき）
  • ビットマスクやフラグセット（64個までのフラグ管理に便利）
  • 乱数・暗号のブロック表現（ただし暗号には専用ライブラリを使う）

よくある落とし穴と注意点

  • 言語やライブラリ間での型の不一致：JavaScriptにそのまま送ると精度を失う（2^53-1が限界）。JSONで送る時は文字列化するか BigInt を使える環境か確認する。
  • 符号付き/符号なしの混在：比較や演算で意図せぬ型変換が起き、デバッグしにくいバグになることがある。特にC系言語では注意。
  • データベースの型差：PostgreSQL の bigint は符号付き（-2^63..2^63-1）なので、フルレンジの unsigned 値を格納するには工夫が必要。
  • フォーマット指定子: printf系での出力は移植性を考えて PRIu64 を使うなど正しい指定子を用いる。%llu が常に安全とは限らない。
  • アライメントとアトミック性: マルチスレッドで共有する場合は std::atomic 等を使い、非アラインな領域に対する64ビットアクセスがアトミックでないプラットフォームがあることを意識する。

設計上の推奨

  • カウントやサイズなど負にならない値を表す場合に unsigned を検討する。ただし、混在するAPIや言語間のやり取りを考慮すると、単純さのために signed（int64_t）を選ぶケースも多い。
  • 外部インターフェース（JSON、HTTP、DB）には明示的な型変換とドキュメントを用意する。JSONでは文字列化して安全に扱うのが無難。
  • 比較や差分を扱う場合、オフバイワンやラップアラウンドを考慮した実装を行う。例：時間の差分でラップを想定するプロトコルがある場合は無符号としての差分計算を利用できる。

実例／短いコードの考え方（概念説明）

例: 2つの未署名のカウンタ a=0 と b=18446744073709551615 の差を計算すると、a - b は符号なしのモジュロ演算により 1 となります（ラップアラウンド）。期待する意味が「負の値を扱いたい」なら符号なしは誤りです。

まとめ

64-bit unsigned integer は高い表現力（0～2^64-1）と定義されたオーバーフロー挙動を持ち、システム／アプリケーションの多くの場面で有用です。一方で言語間の違いやシリアライズ、符号付きとの混在、データベース型の差に起因するバグが生じやすい点には十分注意が必要です。実務では用途に応じて signed と unsigned を使い分け、インターフェースでの明示的な取り扱い（文字列化や変換）を行うことを推奨します。

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