では、論理演算の使い道を考えながら続きを説明します。
今回は「フラグ」について書きましょう。
これまでフラグを使ったプログラムをいくつか書いてきました。
フラグにはint型の変数を使っていましたが、２進数で見るとあることに気が付きます。
int型は（私の環境では）３２ビットです。
int flag = 0; |
として、変数flagを２進数にすると、
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
となります。
フラグは「０」と「１」で色々な状態を表すために使われますが、２進数で見ると最下位ビットしか使っていません。
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
残りの３１ビットは全く使っていないのです。
メモリの容量がシビアな環境だと、非常に無駄な事だと言えます。
残りの３１ビットも「０」と「１」が表現できるのですから、int型変数１つで３２個のフラグが使えるのと同じことです。
そこで、ビット単位で演算が出来る論理演算の出番です。
３２ビットは長すぎるので、８ビットで考えます。
とりあえず、↓のプログラムを作ってください。
<sample program 178-01>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char flag = 0x00;
printf("flag = %02X\n", flag);
return 0;
}
|
<実行結果>
flag = 00 続行するには何かキーを押してください・・・
%02X
とは、
１６進数２桁で表示する １桁の場合は前に０を付ける
という意味になります。
現在のflagの中身を２進数で表現すると、
0000 0000
となります。
これを８個のフラグと見立てます。
右から０番フラグ、１番フラグと数えることにしますので、
7654 3210 番 0000 0000
となります。
ここで、３番フラグを１にするにはどうすれば良いでしょうか？
３番フラグの場所は、１０進数で言うと「８」の位に当たります。
そこで、次のようなプログラムを組むと３番フラグが１になります。
<sample program 178-02>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char flag = 0x00;
flag = 8;
printf("flag = %02X\n", flag);
return 0;
}
|
<実行結果>
flag = 08 続行するには何かキーを押してください・・・
１６進数の「０８」は２進数で、
0000 1000
ですから、３番フラグが１になりました。
しかし、これでは分かりづらいですよね。
７番フラグを１にしようとすると、
flag = 128 |
と書かなければなりません。
しかも、１ビットごとにフラグとして扱うため、３番フラグが１の時に７番フラグも１にしようとすると、次のようなプログラムになります。
<sample program 178-03>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char flag = 0x00;
flag = 8;
flag += 128;
printf("flag = %02X\n", flag);
return 0;
}
|
<実行結果>
flag = 88 続行するには何かキーを押してください・・・
１６進数の「８８」は２進数で、
1000 1000
ですから、７番フラグも１になりました。
この考え方は、論理演算を使うともう少し楽になります。
今回使う論理演算は「論理和：or演算」です。
前回説明したとおり「論理和」は、
１と１をor演算すると１になります。 １と０をor演算すると１になります。 ０と０をor演算すると０になります。
という性質を持っています。
０のビットに１をor演算すると、１に変える事が出来ます。
実際にプログラムにしてみましょう。
フラグが０の状態から、３番フラグを１にします。
<sample program 178-04>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char flag = 0x00;
unsigned char mask = 0x08;
flag = flag | mask;
printf("flag = %02X\n", flag);
return 0;
}
|
<実行結果>
flag = 08 続行するには何かキーを押してください・・・
論理演算を行うためのビット列を「マスク」と言います。
このマスクに、ビットを１にしたいところに１を入れたビット列を入れます。
0x08 → 0000 1000 （３番フラグを１にしたい）
フラグに対して、マスクをor演算することによって、その場所が１になります。
0000 0000
| 0000 1000
-----------
0000 1000
続いて、７番フラグも１にしたい場合は次のようにします。
<sample program 178-05>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char flag = 0x00;
unsigned char mask = 0x08;
flag = flag | mask;
mask = 0x80;
flag = flag | mask;
printf("flag = %02X\n", flag);
return 0;
}
|
<実行結果>
flag = 88 続行するには何かキーを押してください・・・
マスクの内容を変えて、同じ演算をするだけです。
flag = flag | mask; |
は、
flag |= mask; |
と書く事も出来ますので、これからはこう書きましょう。
※ビットを１にすることを「ビットを立てる」という表現もあります。
フラグの該当ビットを１にする方法は分かりましたが、そのビットが１かどうかはどうやって調べるのでしょうか？
これは、「論理積：and演算」を使います。
「論理積」は、
１と１をor演算すると１になります。 １と０をor演算すると０になります。 ０と０をor演算すると０になります。
という性質を持っています。
１と１の時だけ、結果が１になるのです。
調べたいビットに１を入れたマスクを作りand演算してみます。
結果は別の変数に入れて確認します。
<sample program 178-06>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char flag = 0x46;
unsigned char mask = 0x02;
unsigned char result;
result = flag & mask;
printf("result = %02X\n", result);
return 0;
}
|
<実行結果>
result = 02 続行するには何かキーを押してください・・・
0x46 → 0100 0110 0x02 → 0000 0010
１番フラグが１かどうか調べています。
0100 0110
& 0000 0010
-----------
0000 0010
結果は２となりましが、これで何が分かるのでしょうか？
データを変えて、１番ビットが０のケースを確認してみます。
<sample program 178-07>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char flag = 0x44;
unsigned char mask = 0x02;
unsigned char result;
result = flag & mask;
printf("result = %02X\n", result);
return 0;
}
|
<実行結果>
result = 00 続行するには何かキーを押してください・・・
0x44 → 0100 0100 0x02 → 0000 0010
１番フラグを調べています。
0100 0100
& 0000 0010
-----------
0000 0000
and演算はお互いが１の時しか１になりません。
結果を見ると「０」になっています。
演算した結果が０の場合は、該当フラグが１では無かったということです。
最後に、該当ビットを０にする方法を書きます。
これには、「排他的論理和：xor演算」を使います。
「排他的論理和」は、
１と１をor演算すると０になります。 １と０をor演算すると１になります。 ０と０をor演算すると０になります。
という性質を持っています。
お互い異なる値の時だけ結果が１になり、同じ値の時は０になるのです。
これを使ってビットを０にしてみます。
<sample program 178-08>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char flag = 0x67;
unsigned char mask = 0x04;
unsigned char result;
result = flag ^ mask;
printf("result = %02X\n", result);
return 0;
}
|
<実行結果>
result = 63 続行するには何かキーを押してください・・・
0x67 → 0110 0111 0x04 → 0000 0100
２番フラグを０にしようとしています。
0110 0111
^ 0000 0100
-----------
0110 0011
どうでしょうか、ちゃんと２番フラグだけ０になりました。
後々説明するシフト演算と組み合わせるともっと楽に組めるようになります。