C/C++ 整型資料型別與類型修飾符完整指南

為什麼需要類型修飾符？

基本整型 int 在 C 標準中僅保證「至少 16 位元」，實際寬度隨編譯器/平台而異（16/32/64 位元）。為了精確控制資料範圍、記憶體佔用與可移植性，C 提供 short、long、signed、unsigned 四大修飾符，組合出豐富的整型家族。

標準整型家族一覽表 (C99/C11)

關鍵規則：寬度遞增保證

sizeof(short) ≤ sizeof(int) ≤ sizeof(long) ≤ sizeof(long long)

標準僅保證相對關係，不固定絕對大小。例如：

• Windows 64 位：short=2, int=4, long=4, long long=8
• Linux x86_64：short=2, int=4, long=8, long long=8
• 嵌入式 16 位：short=2, int=2, long=4, long long=8

固定寬度型別：<stdint.h> / <cstdint>

跨平台專案**強烈建議**使用精確寬度型別：

int8_t, uint8_t, int16_t, uint16_t, int32_t, uint32_t, int64_t, uint64_t
int_leastN_t   // 至少 N 位，最快
int_fastN_t    // 至少 N 位，最快
intptr_t, uintptr_t  // 能容納指標的整型
intmax_t, uintmax_t  // 最大寬度整型

常數字面值後綴

無後綴時，編譯器按 int → long → long long 首個能容納的型別推導；帶 U 則走 unsigned 族系。

有號/無號混合運算陷阱

unsigned int u = 10;
int i = -5;
if (u + i > 0) ...  // i 隱式轉 unsigned，結果變巨大正數 → 條件永真

鐵律：避免有號/無號直接比較或運算；必要時顯式 static_cast 統一型別。

sizeof 運算元與對齊

• sizeof(type) / sizeof expr 返回**位元組數** (1 byte = CHAR_BIT 位，通常 8)。
• 結構體大小 ≥ 成員大小之和，受**對齊**影響（下文另文詳述）。
• C99 引入 %zu 格式化 size_t。

實務建議清單

1. 預設用 int 做迴圈計數、索引；需要明確範圍改用 int32_t/int64_t。
2. 位元操作、硬體暇存器映射、網路協議必須用 uint32_t 等固定寬度無號型別。
3. 容器大小、索引用 size_t（無號、與指標同寬）。
4. 跨平台序列化/反序列化：統一用 int32_t/int64_t + 網路位元組序（htonl/ntohl）。
5. 編譯器警告全開：-Wconversion -Wsign-compare -Wshorten-64-to-32 捕捉隱式縮窄/符號轉換。

總結

理解整型修飾符的組合規則、寬度保證與平台差異，是寫出可移植、無溢位、高效能 C/C++ 程式的基石。善用 <cstdint> 固定寬度型別，讓「在這裡編譯、到處執行」不再是口號。