第14章の１　ビット単位の演算子

基本的な演算子については第4章で説明しましたが、この章では、もう少し複雑な演算子について説明します。まず、ビット単位の論理演算子とシフト演算子を取り上げます。

1. ビット単位の論理演算子

ビット単位でデータ操作をするものです。対象は整数に限られます。

(1) ＆（AND）

unsigned char a = 0xaa;      //     10101010
printf("%#x\n",a & 0xf0);    // and 11110000

(2) |（OR）

unsigned char a = 0xaa;      //    10101010
printf("%#x\n",a | 0xf0);    // or 11110000

(3) ^（XOR）

unsigned char a = 0xaa;      //     10101010
printf("%#x\n",a ^ 0x0f);    // xor 00001111

(4) ~（補数）

unsigned char a = 0xaa;      // 10101010
printf("%#x\n",~a);

printf関数が unsigned char型を int型に符号拡張するために、0xffffff55 と表示されます。

〇演習問題

任意の 2つの unsigned int型で表すことのできる整数値を入力し、 論理積（AND）、論理和（OR）、排他的論理和（XOR）を求めて表示せよ。
ただし、表示はわかりやすいように16進数で行うこと。

解答例

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

int main(void)
{
    unsigned int x, y, z;

    printf("0～%uの整数を２つ入力\n", UINT_MAX);
    scanf("%u%u", &x, &y );

    z = x & y;
    printf("%u(%#x) AND %u(%#x) = %#x\n", x, x, y, y, z);

    z = x | y;
    printf("%u(%#x) OR  %u(%#x) = %#x\n", x, x, y, y, z);

    z = x ^ y;
    printf("%u(%#x) XOR %u(%#x) = %#x\n", x, x, y, y, z);

    return 0;
}

2. シフト演算子

(1) <<（左シフト）

• x << n と書き、x を n ビット左へシフトします。
• 右側の空いたビットには 0 が入り、左側のビットは捨てられます。
• 左シフトは x が正の場合あふれがなければ、x << 1 で「x * 2」を計算することと同じになります。

// 正の整数のとき
int x = 100;
x = x << 2;
printf("%#x\n", x);

【実行結果例】
0x190

(2) >>（右シフト）

• x >> n と書き、x を n ビット右へシフトします。
• 左側の空いたビットには、x が符号無しなら 0 が入ります。x が符号付きなら、算術シフトを行う処理系では符号桁が入り、論理シフトを行う処理系では 0 が埋められます。 右側のビットは算術シフト、論理シフトにかかわらず捨てられます。
• 負の数のシフトは処理系依存です。扱いには注意が必要です。
• 右シフトは x が正の場合あふれがなければ 、x >> 1 で「x / 2」を計算することと同じになります。

// 正の整数のとき
int x = 100;
x = x >> 2;
printf("%#x\n", x);

【実行結果例】
0x19

// 負の整数のとき
int x = -100;
x = x >> 2;
printf("%#x\n", x);

【実行結果例】
0xffffffe7

〇 演習問題

次の手順で、整数値以外の値が入力されるまで、任意の unsigned int型で表すことのできる整数値を入力し、 そのビットパターンを表示するプログラムを作成しなさい。

1. main関数で次の処理を行う。
   • 任意のunsigned int型で表すことのできる10進整数を入力する。入力した整数を引数にして、ビットパターン表示関数 bit_disp( ) を呼ぶ。
   • 整数値以外の値が入力されたら、プログラムを終了する。
2. bit_disp関数の仕様は以下である。
   • 関数宣言：void bit_disp( unsigned int dt );
   • 引数： dt … 任意の 符号無し10進整数
   • 返却値：なし
   • 処理：unsigned int ビットサイズ分ループする。最上位ビットから順にビットパターン（0 or 1）を表示する。

解答例

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

void bit_disp(unsigned int dt);

int main(void)
{
    unsigned int a;

    printf("0～%uの整数を入力（終了条件：整数値以外）\n", UINT_MAX);
    while(scanf("%u", &a ) == 1){
        bit_disp(a);
    }
    
    return 0;
}

/*** ビット表示関数 ***/
void bit_disp(unsigned int dt)
{
    int i, len;

    // unsigned int のビット数をlenにセット
    len = sizeof(dt) * CHAR_BIT;
    
    printf("%#x ---> ", dt);
    for (i = len - 1; i >= 0; i--){
        // ビットの表示
        printf("%u", (dt >> i) & 0x0001);
    }
    printf("\n");
}