C语言中long long int的范围是多少？

核心概念：它是什么？

long long int（通常简写为 long long）是 C 语言中一种有符号整数类型。

• long long: 表示它的范围“很长很长”。
• int: 表明它本质上是一个整数类型。
• 有符号: 意味着它可以表示正数、负数和零。

大小和范围

long long int 的关键特性是其能够存储的数值范围。

• 大小: 在现代的 32 位和 64 位系统上（如 Windows, Linux, macOS），long long int 通常占用 64 位（8 字节）的内存空间。
• 范围: 由于是有符号类型，64 位中最高位（第 63 位）用作符号位（0 表示正，1 表示负）。
  • 最大值: 2⁶³ - 1，即 9,223,372,036,854,775,807。
  • 最小值: -2⁶³，即 -9,223,372,036,854,775,808。

如何确认？ 你可以使用 <limits.h> 头文件中定义的宏来获取你系统上 long long 的确切范围：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>
int main() {
    printf("Size of long long int: %zu bytes\n", sizeof(long long int));
    printf("Minimum value of long long int: %lld\n", LLONG_MIN);
    printf("Maximum value of long long int: %lld\n", LLONG_MAX);
    return 0;
}

输出示例（在 64 位系统上）：

Size of long long int: 8 bytes
Minimum value of long long int: -9223372036854775808
Maximum value of long long int: 9223372036854775807

注意：

• sizeof(long long int) 返回的是 size_t 类型，所以使用 %zu 格式化。
• LLONG_MIN 和 LLONG_MAX 是 long long 类型的最小/最大值常量。
• 同样还有 ULLONG_MAX 用于表示 unsigned long long 的最大值。

为什么需要 long long int？

C 语言提供了多种整数类型（int, short, long, long long），它们的尺寸取决于具体的编译器和操作系统。long long 的引入主要是为了解决一个问题：

当 long 类型不够用时怎么办？

在 64 位系统出现之前，许多系统上的 long 也是 32 位的（范围约 ±21亿），如果需要进行大数计算，比如计算文件总大小（TB 级别）、天文数字、或者 64 位时间戳，32 位的 int 或 long 就会溢出。

经典案例：时间戳

在 Unix 和类 Unix 系统中，时间戳（自 1970 年 1 月 1 日以来的秒数）最初用 time_t 类型表示，在 32 位系统上，time_t 通常就是 int 或 long，这意味着它将在 2038 年 1 月 19 日达到其最大值，导致“2038年问题”（Y2038 problem）。

为了解决这个问题,现代系统（特别是 64 位系统）将 time_t 定义为 long long 或 long，使其能够安全地表示到公元 292,277,026,596 年。

long long 与 long 的区别

这是一个常见且重要的问题。

• 如果你需要一个固定的大整数范围，并且你的代码需要高度可移植，请使用 long long。
• 如果你只是需要比 int 大的数，并且不关心平台差异，可以使用 long。
• 在现代 64 位系统上，long 和 long long 通常是相同的尺寸，但 long long 的语义更明确。

使用示例

基本赋值和打印

#include <stdio.h>
int main() {
    long long big_num = 123456789012345LL; // 注意 LL 后缀
    long long neg_big_num = -987654321098765LL;
    printf("The big positive number is: %lld\n", big_num);
    printf("The big negative number is: %lld\n", neg_big_num);
    return 0;
}

关键点：在给 long long 类型的变量赋值时，如果字面量很大，最好在末尾加上 LL 或 ll 后缀，这告诉编译器这是一个 long long 常量，避免潜在的截断。

计算大数阶乘

#include <stdio.h>
int main() {
    long long factorial = 1;
    int n = 20; // 20! 已经远超 int 的范围
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
        factorial *= i;
    }
    printf("%d! = %lld\n", n, factorial);
    return 0;
}

输出:

20! = 2432902008176640000

如果这里使用 int 类型，结果会溢出，得到一个完全错误的负数。

unsigned long long int

与 long long int 对应的是无符号版本 unsigned long long int（或 unsigned long long）。

• 大小: 同样是 64 位。
• 范围: 0 到 2⁶⁴ - 1（即 18,446,744,073,709,551,615）。
• 用途: 当你确定数值不会是负数，并且需要表示更大的正数时使用。

#include <stdio.h>
#include <limits.h>
int main() {
    unsigned long long max_ull = ULLONG_MAX;
    printf("Maximum value of unsigned long long: %llu\n", max_ull);
    return 0;
}

在 C 语言中，当你需要处理可能超出 int 甚至 long 范围的整数时，long long int 是你的首选，它提供了一个强大、标准且可移植的解决方案。