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整型家族与 sizeof：int 不是你想的「固定 4 字节」 ​

引言：C 的整数是一大家子，而且大小不固定 ​

如果你从 Python 之类的高层语言过来，会习惯「整数就是整数，能装多大就装多大」。C 不是。C 的整数是一整个家族——char、short、int、long、long long，每个还分 signed/unsigned，而且它们各自占几个字节，标准并没有写死。C 标准只规定了它们的「相对大小关系」（short 不比 int 长、int 不比 long 长）和「最小保证」（比如 int 至少 16 位、long 至少 32 位），至于你机器上 int 到底是 4 字节还是别的，是「实现定义」的。所以写 C 代码，搞清「这个类型在这台机器上到底多大」是基本功，而工具就是 sizeof。

整型家族与 sizeof：真跑一次全看见 ​

我们写一段程序，把常见整型的大小（sizeof）和取值范围（<limits.h> 的宏）一次性打出来。sizeof 是个运算符（不是函数），它返回一个类型或表达式所占的字节数，类型是 size_t（所以要用 %zu 打印）：

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

int main(void) {
    printf("类型          sizeof   范围\n");
    printf("char          %zu       %d..%d\n", sizeof(char), CHAR_MIN, CHAR_MAX);
    printf("short         %zu       %d..%d\n", sizeof(short), SHRT_MIN, SHRT_MAX);
    printf("int           %zu       %d..%d\n", sizeof(int), INT_MIN, INT_MAX);
    printf("long          %zu       %ld..%ld\n", sizeof(long), LONG_MIN, LONG_MAX);
    printf("long long     %zu       %lld..%lld\n", sizeof(long long), LLONG_MIN, LLONG_MAX);
    /* 定宽类型见下文 */
    return 0;
}
text
$ gcc -std=c11 -Wall sizes.c -o sizes && ./sizes
类型          sizeof   范围
char          1       -128..127
short         2       -32768..32767
int           4       -2147483648..2147483647
long          8       -9223372036854775808..9223372036854775807
long long     8       -9223372036854775808..9223372036854775807

挨个看。只有 char 的大小是标准钉死的——永远是 1 字节（sizeof(char) == 1 是 C 标准的规定，ISO/IEC 9899 §6.5.3.4）；其它都是实现定义。这台机器上 short 是 2、int 是 4、long 是 8、long long 也是 8。范围（<limits.h> 的宏：INT_MIN/INT_MAX、LONG_MIN/LONG_MAX 等，见 §5.2.4.2.1）就由大小和有无符号推出来：4 字节的 int 是 −21 亿多到 +21 亿多，8 字节的 long 能装到约 ±9.2×10¹⁸。unsigned 版本就是把负的那一半挪给正数（unsigned int 是 0 到约 42 亿），用法一样、头文件里也有对应的 UINT_MAX 之类。

long 和 long long 都是 8——这台 64 位 Linux 上它俩一样大，这在下一节解释。

sizeof：编译期就知道的事 ​

sizeof 有几个要点。第一，它求值在编译期（除了变长数组 VLA 这种极少数运行期情形）——也就是说 sizeof(int) 在编译时就换成 4，程序运行时根本没有「算 sizeof」这个动作。第二，它的返回类型是 size_t（定义在 <stddef.h>，<stdio.h> 也带进来），这是个无符号的、能装下「任何对象大小」的整型（这台机器上是 8 字节，所以是 64 位无符号）；打印它要用 %zu（旧代码里常见的 %u/%lu 在 size_t 不是 unsigned/unsigned long 的平台上会出错，第 16 章 CI 里的 -Wformat 就会抓这种不匹配）。第三，对「表达式」求 sizeof 不实际计算那个表达式——sizeof(a = 5) 里的 a = 5 不会真的执行（这是「不求值上下文」），这点偶尔会让人困惑。

最容易绊倒新手的一个 sizeof 陷阱，是数组作为函数参数时会退化成指针，于是 sizeof 得到的是指针大小、不是数组大小。我们会在第 10 章讲数组时专门演示它（gcc 会用 -Wsizeof-array-argument 提醒你），这里先记住：想在函数里知道「传进来的数组有几个元素」是办不到的，数组长度得作为额外参数传进去。

<stdint.h>：要可移植，就用定宽类型 ​

既然 int、long 的大小随平台变，那「我就是要一个确切的 32 位整数」怎么办？C99 引入了 <stdint.h>，给你一批定宽类型（§7.20）：

text
定宽类型(<stdint.h>):
int32_t       4
int64_t       8
size_t        8  (sizeof 的返回类型)

int32_t 恰好 32 位、int64_t 恰好 64 位——不管在哪个平台、不管 int/long 是几字节，int32_t 永远是 32 位（前提是平台提供了这样的类型，几乎所有现代平台都有）。需要写协议、操作二进制格式、存档文件结构时，永远用定宽类型（uint32_t/int64_t 等），别用 int/long，否则「在我的机器上 int 是 4 字节、换台机器成 2 字节」会把你的数据布局整个搞乱。<stdint.h> 还提供「最快」类型（int_fast32_t：至少 32 位里运算最快的）、「至少」类型（int_least8_t：至少 8 位里最小的）——日常用 int32_t/int64_t/uint8_t 这些定宽的最多。

平台差异：long 的 LP64 vs LLP64 ​

回到那个「long 为什么是 8」的问题，这里有个跨平台的大坑。同样都是 64 位系统、同样指针都是 8 字节，但64 位 Linux/macOS 用 LP64 模型（long 和指针都是 8 字节），64 位 Windows 用 LLP64 模型（long 仍是 4 字节、只有指针是 8 字节）。也就是说，long 这一个类型，在 Linux 上是 8 字节、换到 Windows 上是 4 字节——同一段用 long 的代码、同样的数据，两个平台上表现不同。这就是为什么可移植代码要用 int64_t（在两个平台上都是 8 字节）而不是 long（大小会变）。本课程示例都在这台 64 位 Linux（LP64）上跑，所以你看到的 long 是 8——但你心里要清楚它换个平台可能不是。

小结 ​

C 的整数是一大家子（char/short/int/long/long long，各有 signed/unsigned），大小是实现定义的——标准只规定相对关系和最小位宽，不规定绝对字节数；唯一钉死的是 sizeof(char) == 1。我们用 sizeof（一个返回 size_t 的编译期运算符，size_t 是无符号、打印用 %zu）看大小，用 <limits.h> 的 INT_MAX 之类宏看范围（§5.2.4.2.1）。这台 64 位 Linux（LP64）上 int=4、long=8、long long=8。要写跨平台代码，就用 <stdint.h> 的定宽类型（int32_t/int64_t/uint8_t，§7.20）——尤其要记住 long 的大小会变（Linux LP64 是 8、Windows LLP64 是 4），涉及二进制布局、协议、存档一律用定宽类型、别用 long。下一章我们看这些不同大小的整型放在一起运算时会发生什么——整型提升、有符号溢出（UB）和回绕，那是 C 里另一片经典雷区。

参考资源 ​

  • ISO/IEC 9899:2011 §6.2.5（类型，整型的相对大小关系）、§5.2.4.2.1（<limits.h> 的范围宏）、§6.5.3.4（sizeof 运算符，sizeof(char)==1）、§7.20（<stdint.h> 定宽类型）、§7.19（<stddef.h> 的 size_t）
  • 第 3 章：整型提升、溢出与回绕（不同整型一起运算的规则与陷阱）
  • 第 10 章：数组（数组退化成指针后 sizeof 的坑，-Wsizeof-array-argument）