ここからはビット演算について説明します。
ビット演算とは、２進数を使った計算方法の１種です。
もしかすると「なぜ今頃？」と思われた方もいるかも知れません。
この講座は「プログラムが作れるようになる事」を主眼に置いています。
これまでのプログラムでは、論理演算は必要ありませんでしたので、説明を後回しにしました。
※多くのＣ言語のテキストなどでは、最初の方に書いてありますね。
※２進数を覚えていない方は「基数変換」などのコラムで再度確認してみてください。
論理演算には次の４種類があります。
| 日本語 | 英語 | 記号 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 論理積 | and | & | |
| 論理和 | or | | | shiftキーを押しながら￥ |
| 排他的論理和 | xor 又は eor | ^ | ￥の左 |
| 否定 | not | ~ | shiftキーを押しながら＾ |
まずはそれぞれの考え方から説明しましょう。
論理積（and, ＆）
１と１をand演算すると１になります。 １と０をand演算すると０になります。 ０と０をand演算すると０になります。
４ビットで表してみると、
＜論理積＞
1010
& 1100
------
1000
となります。
論理和（or, ｜）
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。
４ビットで表してみると、
＜論理和＞
1010
| 1100
------
1110
となります。
排他的論理和（xor又はeor, ＾）
１と１をxor演算すると０になります。 １と０をxor演算すると１になります。 ０と０をxor演算すると０になります。
４ビットで表してみると、
＜排他的論理和＞
1010
^ 1100
------
0110
となります。
否定だけは、単項演算（＋＋や−−と同じ）です。
否定（not, 〜）
１をnot演算すると０になります。 ０をnot演算すると１になります。
４ビットで表してみると、
＜否定＞
~ 1010
------
0101
となります。
Ｃ言語で論理演算を使用する際には、２進数が使えませんので１６進数を使う事が多いです。
桁が多いと分かりづらいので、一番小さいサイズの型「char型：８ビット」を使って作ります。
論理演算の前に、まずは注意すべき点から説明します。
まずはこのプログラムの実行結果を考えてみてください。
<sample program 177-01>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char data1 = 0xAF;
printf("data1 = %X\n", data1);
return 0;
}
|
<実行結果>
解答です。
data1 = FFFFFFAF 続行するには何かキーを押してください・・・
考えた結果と同じだったでしょうか？
char型は８ビットの変数のはずです。
0xAF
は、２進数で表すと、
1010 1111
だと、「基数変換」の最後で書きました。
しかし、結果を２進数で表すと、
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010 1111
８ビットではなく、３２ビットで表示されました。
どうしてなのでしょうか？
とりあえず、１０進数で表示してみましょう。
<sample program 177-02>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char data1 = 0xAF;
printf("data1 = %d\n", data1);
return 0;
}
|
<実行結果>
data1 = -81 続行するには何かキーを押してください・・・
なぜか、マイナスの数値が表示されました。
２進数でのマイナスの表現は、「マイナスの表現」で書きました。
「２の補数」という考え方では、最上位ビット（２進数を横に書いて一番左のビット）は符号がマイナスということを表しています。
ですから、
0xAF
は、
1010 1111
最上位ビットが１なので、マイナスの値として認識されます。
細かく書くと↓の通りで、
１の位 が １個 ＝ １ ２の位 が １個 ＝ ２ ４の位 が １個 ＝ ４ ８の位 が １個 ＝ ８ １６の位 が ０個 ＝ ０ ３２の位 が １個 ＝ ３２ ６４の位 が ０個 ＝ ０ −１２８の位 が １個 ＝ −１２８
合計すると、「−８１」です。
よく見るとプログラムをコンパイルした時に、警告が出ています。
warning C4309: '初期化中': 定数値が切り捨てられました。
直接的な意味は分かりづらいですが、何か問題がある事は分かります。
0xAF
を、マイナスの値ではなく、単純なビット列として扱うにはこれではダメということです。
マイナスの値として認識されているのは、char型が「符号あり」の型だからです。
「変数について」で説明しました。
整数型を使う際には、「符号あり」か「符号なし」かをプログラマが選べるようになっています。
ビット列を扱う際には、「符号なし」を選択することが重要です。
では、プログラムを書き換えてみましょう。
<sample program 177-03>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char data1 = 0xAF;
printf("data1 = %d\n", data1);
return 0;
}
|
<実行結果>
data1 = 175 続行するには何かキーを押してください・・・
コンパイル時の警告も無くなっていますよね。
「符号なし」になりましたから、
１の位 が １個 ＝ １ ２の位 が １個 ＝ ２ ４の位 が １個 ＝ ４ ８の位 が １個 ＝ ８ １６の位 が ０個 ＝ ０ ３２の位 が １個 ＝ ３２ ６４の位 が ０個 ＝ ０ １２８の位 が １個 ＝ １２８
合計すると、「１７５」です。
では、１６進数で表示し直します。
<sample program 177-04>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char data1 = 0xAF;
printf("data1 = %X\n", data1);
return 0;
}
|
<実行結果>
data1 = AF 続行するには何かキーを押してください・・・
やっと論理演算を使う準備が出来ました。
では、最後に論理積を使ってみましょう。
<sample program 177-05>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
unsigned char data1 = 0xAF;
unsigned char data2 = 0xCC;
unsigned char result = data1 & data2;
printf("result = %X\n", result);
return 0;
}
|
<実行結果>
data1 = 8C 続行するには何かキーを押してください・・・
２進数で書くと↓の通りです。
0xAF → 1010 1111
0xCC → 1100 1100
1010 1111
& 1100 1100
-----------
1000 1100
1000 1100 → 0x8C
次回は、使い道を考えながら色々やってみましょう。