C言語基礎｜ビットとCHAR_BIT

C言語基礎｜ビットとCHAR_BIT

C言語で変数を「箱」だとすると、その箱の中身は 0 と 1 の並び（ビット）です。
つまり、数値も文字も、最終的にはビット列として保存されています。

ここで最初に押さえたいのはこの2つ。

• ビット（bit）：0 か 1 のどちらかを表す最小単位
• char は “最低でも” 8ビット（でも 何ビットかは処理系依存）

そこで登場するのが CHAR_BIT です。
これは「この環境の char は何ビットでできてる？」を教えてくれる定数（マクロ）になります。

ビットって何？（C的なイメージ）

Cの世界では、ビットはざっくりこう捉えると分かりやすいです。

• 2種類の状態（0/1）を区別できる最小単位
• ビット1個ずつにアドレスが付いていなくてもOK（ビット単位で直接参照できなくてもOK）
• 0 以外にすることを **セット（set）**と呼ぶ

図：箱の中はビット列

この図は「中身は0/1の並び」というイメージを作るためのものです。
次に、この“並びの本数”が重要になります。

CHAR_BIT：char の箱は何ビット？

CHAR_BIT は <limits.h> に定義されていて、意味はこれです。

1バイト（= char 1個）が何ビットか

CHAR_BIT の意味

例として、もし CHAR_BIT が 8 なら、

• char の箱は 8ビット
• 0/1 の組み合わせは 2^8 = 256通り

となり、unsigned char なら 0～255 が表せる、という話につながります。

図：CHAR_BIT = 8 のときの char

この図は「CHAR_BIT 個のビットの束が char 1個」という関係を示しています。

値の範囲と CHAR_BIT の関係（なぜ重要？）

char のビット数が増えれば、表現できる値の種類も増えます。

ビット数と表現できる値の数

この表が言いたいのは、char の範囲が処理系依存なのは、そもそも char のビット数が処理系依存だからってことです。

sizeof 演算子：箱の大きさを調べる

Cでは sizeof(char) は必ず 1 と決め打ちされています。
ただしこの 1 は「1バイト」であって、「8ビット」とは限りません。
（8ビットが多いけど、規格上は CHAR_BIT で決まる）

sizeof の役割

そして int 系のサイズは環境依存です。ただし順序関係は決まっています。

int系のサイズ関係

さらに、符号付きと符号無しでサイズは同じです。

signed/unsigned でサイズは同じ

サンプルプログラム

CHAR_BIT と “ビット換算したサイズ”まで一気に見えるプログラムです。

プロジェクト名：chap7-8-1　ソースファイル名：chap7-8-1.c

// この環境の 1バイトが何ビットか、各整数型が何ビットかを表示する

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
    puts("=== ビット数チェック ===");

    printf("1バイトのビット数 (CHAR_BIT) = %d\n", CHAR_BIT);

    printf("char      : %zu バイト = %zu ビット\n", sizeof(char),      sizeof(char)      * CHAR_BIT);
    printf("short     : %zu バイト = %zu ビット\n", sizeof(short),     sizeof(short)     * CHAR_BIT);
    printf("int       : %zu バイト = %zu ビット\n", sizeof(int),       sizeof(int)       * CHAR_BIT);
    printf("long      : %zu バイト = %zu ビット\n", sizeof(long),      sizeof(long)      * CHAR_BIT);
    printf("long long : %zu バイト = %zu ビット\n", sizeof(long long), sizeof(long long) * CHAR_BIT);

    return 0;
}

このプログラムは、

• CHAR_BIT で「1バイト=何ビット？」を確認し
• sizeof で「何バイト？」を確認し
• 掛け算して「何ビット？」まで見える
  という流れをまとめて確認できます。

登場する命令の書式と「何をするか」

#include

• 書式：#include <ヘッダ名>
• 何をする：ライブラリ関数やマクロ定義を取り込む
  <stdio.h>：puts / printf を使う
  <limits.h>：CHAR_BIT を使う

puts

• 書式：puts(文字列);
• 何をする：文字列を表示して改行する（見出し向き）

printf

• 書式：printf(書式文字列, 値, ...);
• 何をする：値を指定した形式で表示する

sizeof（演算子）

• 書式：sizeof(型名) / sizeof 変数名
• 何をする：型や変数の大きさ（バイト数）を得る
• ポイント：sizeof(char) は必ず 1

%zu（printf の書式指定）

• 何をする：sizeof の結果（size_t 型）を表示するための指定
• つまり %d ではなく %zu を使うのが安全、という話につながります

図でまとめ：バイトとビットの関係

図：1バイトは CHAR_BIT 個のビット

この図は「バイトはビットの束」であることを示しています。
だから、型のビット数は「sizeof(型) * CHAR_BIT」で求められます。