Tem diversas premissas erradas na pergunta.
Os tipos inteiros tem tamanho fixos virtualmente em todas as linguagens de programação. Até tem tipos numéricos que o tamanho não é fixo, mas eles não costumam ser limitados a inteiros. É complicado fazer o tamanho não ser fixo, precisa de uma infraestrutura complexa para isso acontecer. É uma questão até física, em geral as coisas tem tamanho fixo, precisa de algum componente extra para deixar flexível, e isso significa que "custa mais caro".
O bit que indica o sinal pode ser o primeiro ou último, em tese poderia ser outro embora na prática não existe. Veja O que é big-endian e qual a diferença para little-endian?. Existem tipos sem sinal em boa parte das linguagens, C e C++ por exemplo, além de C# e outras, mas não em Java, por exemplo.
Vou entender que o negativo começa com -1 e apenas quis evitar o sinal.
Depende da definição o termo primitivo não cabe aí, vou mostrar um que algumas linguagens consideram primitivo e não possui tamanho fixo. Pela definição que indica tamanho fixo sempre, então tem a ver com a capacidade do processador que é fixa, depende do tamanho do registrador.
Um mesmo carro não pode ter 1, 2, 4, 8, 16, 32, e principalmente 64 ou mais lugares, ou tem que usar o carro com maior tamanho ou tem que ter vários carros e você apenas não fica sabendo qual está usando. Guarde este exemplo.
Para ter um tamanho variável precisa ter um espaço dentro do maior tamanho possível, que em tese pode ser ilimitado, ou ficar criando objetos diferentes cada vez que mudar o tamanho.
Para alocar algo que não se sabe antecipadamente o tamanho precisa usar memória organizada para ter qualquer tamanho, que é uma memória mais difícil de administrar, então ocupará mais espaço, gerará mais processamento para cuidar e possivelmente terá dificuldade para manter a confiabilidade de uso.
As linguagens que permitem que o número seja de qualquer tamanho possuem um mecanismo que trata da maioria desses problemas internamente sem mostrar para você, então te cobra o preço para automatizar o processo todo sem que você saiba. Ou então tem um limite apesar de grande e aí o espaço ocupado é enorme mesmo que não use todo ele, ou seja, já reserva um long
ou algo maior que isso, sem dar a opção de melhor eficiência para o programador, não é flexível de verdade.
string
costuma ser variável. Talvez em todas linguagens seja possível definir o tamanho conforme a necessidade (algumas terão as duas opções), e tem toda essa dificuldade citada acima, a ineficiência deste tipo é absurdamente maior que um inteiro.
Linguagens que não precisam de eficiência colocam tudo no heap e tem algum mecanismo de cópia ou lista ligada para tornar o dado "ilimitado". Todas linguagens podem ter isso, mas as que prezam pela eficiência colocam como opcional ou deixam para o programador se virar. Java tem BigInteger
. C# também (veja a "simplicidade" no código fonte).
As linguagens que querem economia possuem um tipo para cada necessidade, até 1 byte pode ser um preço caro a se pagar, então tem tipo inteiro com 1 byte, 2, 4, 8, 16 e sei até de 32 bytes. É comum que 16 e 32 bytes já tenham que fazer algum trabalho extra porque os processadores não costumam ser capazes de tratar isso de forma direta.
Pode ver mais sobre em tipos mais complexos: