C言語のdouble型を完全解説！使い方・精度・printf出力・floatとの違い

2026年2月6日

型・変数・定数

C言語で数値を扱う際、整数を表す int 型と並んで頻繁に使用されるのが、実数を扱うための double 型です。

科学技術計算や統計処理、あるいは単純な平均値の算出など、小数を伴う計算において double 型は欠かせない存在です。

しかし、浮動小数点数特有の挙動や精度の限界を正しく理解していないと、思わぬバグや計算誤差に悩まされることも少なくありません。

本記事では、C言語におけるdouble型の基礎から応用、float型との違い、そして実務で注意すべき精度の問題までを網羅的に解説します。

目次 [ close ]

double型とは何か：倍精度浮動小数点数の基礎

C言語における double 型は、倍精度浮動小数点数 (double-precision floating-point number) を扱うためのデータ型です。

コンピュータ内部で小数を表現するための標準的な形式であり、多くの現代的なシステムでは IEEE 754 という国際規格に準拠しています。

メモリサイズと表現範囲

一般的に、double 型は 8バイト (64ビット) のメモリ領域を占有します。

これは、4バイトを使用する float 型の2倍のサイズであり、その分、より広い範囲の数値と高い精度を保持することが可能です。

具体的には、以下のような構成でデータを保持しています。

符号部：1ビット (正負を決定)
指数部：11ビット (桁数を決定)
仮数部：52ビット (数値の有効数字を決定)

この構成により、double 型は約 1.7E-308 から 1.7E+308 という極めて広大な範囲の数値を扱うことができ、有効桁数は約15桁から17桁に及びます。

これにより、一般的な計算において精度不足が問題になることはほとんどありません。

浮動小数点数の仕組み

「浮動小数点」という名前の通り、このデータ形式は小数点の位置を固定せず、有効数字と桁数（指数）を分けて管理します。

例えば「123.45」という数値は、内部的には「1.2345 × 10^2」のような形式で保持されます。

この仕組みにより、非常に大きな数から非常に小さな数までを効率的に表現できるのが大きな特徴です。

ただし、内部的には2進数で処理されているため、10進数ではキリの良い小数であっても、2進数では無限小数となり誤差が生じる可能性がある点には注意が必要です。

double型とfloat型の違い

C言語には小数を扱う型として float 型も存在しますが、現代の開発においては double 型が推奨される場面が圧倒的に多いです。

ここでは、両者の主な違いを比較表とともに解説します。

特徴	float型	double型
型名	単精度浮動小数点数	倍精度浮動小数点数
サイズ	4バイト (32ビット)	8バイト (64ビット)
有効桁数	約7桁	約15桁
表現範囲	約3.4E-38 ～ 3.4E+38	約1.7E-308 ～ 1.7E+308
計算速度	非常に高速（環境による）	高速
デフォルトの扱い	接尾辞 `f` が必要	C言語の標準的な実数リテラル

どちらを使うべきか

かつてメモリ資源が非常に限られていた時代には、サイズが小さい float 型が重宝されました。

しかし、現代のPCやサーバー環境では、メモリの節約よりも計算の正確性が重視されるため、基本的には double 型を使用するのが定石です。

また、C言語の標準的な数学関数 (math.h) の多くは、引数や戻り値として double 型を想定しています。

float 型を使用すると、計算の過程で暗黙的な型変換が発生し、かえって処理速度が低下したり、意図しない精度落ちを招いたりすることもあります。

画像処理や大量のデータを扱う数値シミュレーションなど、メモリ使用量を極限まで抑えたい特殊なケースを除き、実数には double を選択しましょう。

double型の使い方：宣言・初期化・演算

ここからは、具体的なコードを用いて double 型の使い方を解説します。

変数の宣言と初期化

変数の宣言は他の型と同様に行います。

C言語

double pi = 3.141592653589793;
double distance = 1.5e8; // 1.5 * 10^8 (1億5000万)
double zero = 0.0;

実数のリテラル（定数）を記述する際、単に 3.14 と書くと、それは自動的に double 型として扱われます。

もし float 型として扱いたい場合は 3.14f のように末尾に f を付ける必要があります。

基本的な算術演算

double 型同士の計算は、通常の演算子を使用して行います。

C言語

#include <stdio.h>

int main() {
    double a = 10.5;
    double b = 3.0;
    
    double sum = a + b;      // 加算
    double diff = a - b;     // 減算
    double prod = a * b;     // 乗算
    double quot = a / b;     // 除算

    printf("結果: %f, %f, %f, %f\n", sum, diff, prod, quot);
    return 0;
}

ここで重要なのは、整数と実数の混合計算です。

例えば 10 / 3 は整数同士の計算となり、結果は 3 （切り捨て）になります。

しかし、10.0 / 3 のように片方を実数にすると、結果は double 型の 3.333333... となります。

意図しない計算結果を防ぐためにも、実数計算を行う際は数値に .0 を付ける習慣を持つことが大切です。

printf関数での出力方法

double 型の値を画面に表示するには、printf 関数を使用します。

この際、書式指定子を適切に使い分けることで、出力結果を細かく制御できます。

基本的な出力 (%f)

最も一般的なのは %f です。

デフォルトでは小数点以下6桁までが表示されます。

C言語

double value = 123.456;
printf("%f\n", value); // 出力: 123.456000

なお、printf においては、歴史的な経緯から double 型に対しても %f を使用するのが一般的です。

C99規格以降では、%lf と記述することも許容されていますが、挙動は %f と変わりません。

桁数の指定

表示する桁数を指定したい場合は、%.[桁数]f という形式を使います。

C言語

double pi = 3.141592;
printf("%.2f\n", pi); // 出力: 3.14 (小数点以下2桁)
printf("%.10f\n", pi); // 出力: 3.1415920000

また、全体の表示幅を指定したい場合は %8.2f のように記述します。

これは「全体で8文字分（小数含む）の幅を確保し、小数点以下2桁を表示する」という意味になり、数値を右揃えで綺麗に並べたい時に便利です。

指数表記 (%e) と最適化表示 (%g)

非常に大きな数や小さな数を扱う場合は、指数表記が適しています。

C言語

double big = 12345678.9;
printf("%e\n", big); // 出力: 1.234568e+07

また、%g を使用すると、数値の大きさに応じて %f か %e の適切な方を自動で選択し、さらに末尾の不要なゼロを省略してくれます。

デバッグなどでとりあえず値を確認したい場合に非常に重宝する指定子です。

scanf関数での入力：初心者が最も陥る罠

double 型の値をユーザーから入力してもらう際には、scanf 関数を使用します。

しかし、ここで絶対に忘れてはならない重要なルールがあります。

%lfの使用が必須

printf では %f で良かったのに対し、scanf で double 型に入力する場合は、必ず %lf を使用しなければなりません。

C言語

double data;
scanf("%lf", &data); // double型の場合は必ず %lf

もし誤って %f を使用してしまうと、プログラムは float 型（4バイト）としてメモリに書き込もうとしますが、変数は double 型（8バイト）であるため、正しい値が格納されず、異常な数値になったりプログラムがクラッシュしたりする原因となります。

これはC言語学習者にとって「最初の壁」とも言えるミスですので、十分に注意してください。

精度と丸め誤差：なぜ 0.1 + 0.1 は 0.2 にならないのか

double 型を扱う上で最も理解しておくべきなのが、丸め誤差の問題です。

コンピュータは全ての数値を2進数で表現しますが、10進数の「0.1」や「0.2」といった数値は、2進数に直すと無限小数になってしまいます。

誤差の発生例

例えば、以下のコードを実行してみましょう。

C言語

double sum = 0.0;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    sum += 0.1;
}
if (sum == 1.0) {
    printf("1.0に等しい\n");
} else {
    printf("等しくない (sum = %.20f)\n", sum);
}

多くの人は「0.1を10回足せば1.0になる」と期待しますが、実際には「等しくない」という結果が表示されます。

これは、0.1を足すたびに微小な誤差が蓄積され、最終的な値が 0.99999999999999988898 のようになるためです。

比較演算の注意点

この性質上、double 型に対して == 演算子で完全一致を判定するのは極めて危険です。

実数同士の比較を行う際は、以下のように「差の絶対値が十分に小さいか」を判定する方法が一般的です。

C言語

#include <math.h>

if (fabs(a - b) < 1e-9) {
    // ほぼ等しいとみなす
}

fabs は実数の絶対値を求める関数であり、1e-9（0.000000001）は許容する誤差の範囲（エプシロン）です。

このように、実数計算には常に誤差がつきまとうことを意識した設計が求められます。

数学関数ライブラリ (math.h) の活用

double 型の真価を発揮させるには、標準ライブラリの math.h を活用することが不可欠です。

このヘッダをインクルードすることで、高度な計算を簡単に行えるようになります。

主要な関数一覧

以下は、実務でよく使われる double 型を対象とした関数です。

sin(x), cos(x), tan(x)：三角関数（引数はラジアン）
sqrt(x)：平方根
pow(x, y)：xのy乗
exp(x)：指数関数
log(x)：自然対数
ceil(x)：切り上げ
floor(x)：切り捨て
round(x)：四捨五入（C99以降）

使用時の注意

これらの関数の多くは double 型を引数に取り、double 型を返します。

コンパイル時には、数学ライブラリをリンクする必要がある場合があります（GCCの場合は -lm オプションを付与します）。

Shell

gcc main.c -lm

また、負の数の平方根を求めようとしたり、ゼロで除算を行ったりすると、NaN (Not a Number: 非数) や inf (Infinity: 無限大) という特殊な値が返されることがあります。

これらが発生するとその後の計算が全て壊れてしまうため、入力値のバリデーションは丁寧に行う必要があります。

long double型：さらなる精度を求めて

もし double 型の精度（約15桁）でも足りないような、極めて厳密な天文学的計算や物理シミュレーションを行う場合には、long double 型という選択肢があります。

long doubleの特徴

long double 型は、double 以上の精度を持つことが保証されている型です。

そのサイズや精度は処理系（コンパイラやCPU）に依存しますが、多くのx86系システムでは 12バイトまたは16バイト の領域を使用し、有効桁数は18桁〜19桁以上になります。

宣言：long double ld = 1.23L; （末尾に L を付与）
printf/scanf：%Lf を使用

ただし、long double はメモリ消費が大きく、計算速度も double に比べると遅くなる傾向があります。

通常のアプリケーション開発においては double で十分であり、long double はあくまで特殊な用途のためのものと考えて差し支えありません。

実践的なコーディング例：平均値と標準偏差の計算

最後に、double 型を活用した具体的なプログラム例を紹介します。

複数のデータの平均値と標準偏差を求める処理は、実数型の特性を理解するのに最適です。

C言語

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main() {
    double data[] = {70.5, 82.0, 95.3, 68.8, 88.2};
    int n = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
    double sum = 0.0;
    double sum_sq = 0.0;

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        sum += data[i];
        sum_sq += data[i] * data[i];
    }

    double mean = sum / n;
    double variance = (sum_sq / n) - (mean * mean);
    double std_dev = sqrt(variance);

    printf("データ数: %d\n", n);
    printf("平均値: %.2f\n", mean);
    printf("標準偏差: %.4f\n", std_dev);

    return 0;
}

このプログラムでは、double 型の配列を使用し、合計値や分散の計算過程で精度を維持しています。

最後に sqrt 関数を使用して平方根を求めることで、標準偏差を算出しています。

printf の書式指定で小数点以下の桁数を制限することで、ユーザーに見やすい形で結果を提示しています。

まとめ

C言語の double 型は、実数を扱うための最も標準的かつ強力なデータ型です。

その高い精度と広大な表現範囲により、現代のソフトウェア開発における数値計算の主役を担っています。

本記事で解説した重要なポイントを振り返ります。

double型は8バイトのメモリを使用し、約15桁の有効数字を持つ。
float型よりも精度が高く、現代の環境では実数計算の標準として推奨される。
printfでは %f、scanfでは必ず %lf を使用する。
2進数表現による「丸め誤差」は避けられないため、== 演算子での直接比較は避ける。
複雑な計算には math.h ライブラリの関数を組み合わせる。

これらの特性を正しく理解し、適切に使いこなすことで、バグの少ない堅牢な数値計算プログラムを構築できるようになります。

C言語における数値操作の基本をマスターし、より高度なアルゴリズムの実装に役立ててください。