unsigned / signed / const / volatile

// 符号なし整数型（0以上の値のみ）を宣言します。
unsigned int 変数名;
unsigned char 変数名;

// 符号あり整数型（負の値も扱える）を宣言します（デフォルト）。
signed int 変数名;

// 値を変更できない定数を宣言します。
const 型 変数名 = 値;

// コンパイラの最適化を抑制します。
volatile 型 変数名;

// 複数の修飾子を組み合わせることもできます。
const unsigned int 変数名 = 値;

sample_unsigned_const.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
    /* u サフィックスで符号なし定数を明示します。 */
    unsigned int population = 1280000000u;
    printf("人口: %u\n", population);

    unsigned char byte = 255;
    printf("バイト値: %u\n", byte);

    /* 符号なし型は 0 - 1 が最大値になります（ラップアラウンド）。 */
    unsigned int u = 0;
    u = u - 1;
    printf("unsigned のラップアラウンド: %u\n", u);

    const double PI = 3.14159265358979;
    const int MAX_SIZE = 100;
    printf("円周率: %f\n", PI);
    printf("最大サイズ: %d\n", MAX_SIZE);
    /* PI = 3.0; */ /* コンパイルエラーになります。 */

    /* volatile はコンパイラの最適化を抑制します。 */
    volatile int sensor_value = 0;
    printf("センサー値: %d\n", sensor_value);

    /* const volatile は読み取り専用ハードウェアレジスタに使います。 */
    /* const volatile int *reg = (int *)0x40000000; */

    return 0;
}

コンパイルして実行すると次のようになります。

gcc unsigned_const.c -o unsigned_const
./unsigned_const
人口: 1280000000
バイト値: 255
unsigned のラップアラウンド: 4294967295
円周率: 3.141593
最大サイズ: 100
センサー値: 0

const をポインタと組み合わせると、「ポインタが指す先を変更しない」ことをコンパイラに伝えられます。関数引数での read-only 保証によく使われます。

const_pointer.c

#include <stdio.h>

/* const char *: ポインタの指す先（文字列）を変更しません。 */
int count_char(const char *s, char c) {
    int n = 0;
    for (; *s; s++) {
        if (*s == c) n++;
    }
    return n;
}

int main(void) {
    const char *msg = "Son Goku is the strongest.";
    printf("'o' の数: %d\n", count_char(msg, 'o'));
    printf("'s' の数: %d\n", count_char(msg, 's'));

    /* const 配列要素には代入できません。 */
    const int scores[] = {95, 88, 72, 100};
    /* scores[0] = 0; */ /* コンパイルエラー */

    int total = 0;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        total += scores[i];
    }
    printf("合計: %d\n", total);

    return 0;
}

コンパイルして実行すると次のようになります。

gcc const_pointer.c -o const_pointer
./const_pointer
'o' の数: 3
's' の数: 2
合計: 355

よくあるミス: 符号なし型と符号あり型を混在させる

符号なし型と符号あり型を比較・演算すると、符号あり側が符号なしに変換されて意図しない結果になります。

unsigned_signed_ng.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
    unsigned int u = 1;
    int s = -1;

    /* NG: s が unsigned に変換されて巨大な値になる */
    if (s < (int)u) {
        printf("OK: キャストして比較\n");
    }

    /* NG を確認 */
    if ((unsigned int)s > u) {
        /* (unsigned int)(-1) = 4294967295 なので u=1 より大きい */
        printf("符号あり -1 を unsigned にすると: %u\n", (unsigned int)s);
    }

    /* OK: 同じ型で比較する */
    int ui = (int)u;
    if (s < ui) {
        printf("OK: 同じ型で比較 (%d < %d)\n", s, ui);
    }

    return 0;
}

修正後は次の通りです。

gcc unsigned_signed_ng.c -o unsigned_signed_ng
./unsigned_signed_ng
OK: キャストして比較
符号あり -1 を unsigned にすると: 4294967295
OK: 同じ型で比較 (-1 < 1)

『unsigned』型は負の値を扱わないことで正の値の範囲を広げます。符号なし型と符号あり型を混在させた演算は意図しない結果を招くことがあります。比較演算でも符号なし型が優先されるため、注意が必要です。

『const』はコンパイラに「この値を変更しない」ことを伝えることで、不正な代入をコンパイル時に検出できます。マクロ（『#define』）による定数定義より型チェックが効くため、C99以降では『const』を使う方が推奨されます。マクロについては『#include / #define（定数）』を参照してください。

『volatile』はハードウェア制御や組み込みプログラミングで重要です。コンパイラはレジスタキャッシュなどの最適化を行うことがありますが、外部から値が変わる変数に対してはこの最適化が誤動作を引き起こします。各型の実際のサイズは『sizeof』で確認できます。