Java ビット演算とは?

今回は「ビット演算」について解説します。

変数は、メモリ上に確保されます。
そのメモリの単位は、ビット、バイト、キロバイト等です。

例えば、byte a; と変数宣言すると、
1バイト分の領域がメモリ上に確保されます。

1バイトと言う事は、8ビットですね。

そして、a = 10; と言う処理を行うと、
次のようにビットが配置されます。

変数a = 0の場合:0000 0000
変数a = 10の場合:0000 1010

要するにビット演算とは、このビットの計算の事です。

変数a = 10のような処理の場合は、
ビット自体は気にしなくても良く、
10と言う数字が大事なんですが、

ビット1つずつに意味を持たせたい場合があるので、
そういった時に使います。

また、ビット演算対象は、整数でなければなりません。

ビット演算の種類

ビット演算には、AND(アンド)、OR(オア)、XOR(エックスオア)、
ビットの反転(補数)、シフトがあります。

AND(アンド)

AND(&)は、演算対象の両方のビットが1の時だけ結果が1になります。

値1値2演算結果
000
010
100
111
a = 0x0F & 0x55;
    0000 1111
  & 0101 0101
--------------
    0000 0101 演算結果:0x05

AND演算の使いどころとしては、他のビットの値を変えずに
どこかのビットだけを0にしたい時などです。

OR(オア)

OR(|)は、演算対象のひとつだけでもビットが1の時は、結果が1となります。

値1値2演算結果
000
011
101
111
a = 0x0F | 0x55;
     0000 1111
   | 0101 0101
---------------
     0101 1111 演算結果:0x5F

OR演算の使いどころとしては、他のビットの値を変えずに
どこかのビットだけを1にしたい時などです。

XOR(エックスオア)

XOR(^)は、演算対象が異なる場合のみ、結果が1となります。

値1値2演算結果
000
011
101
110
a = 0x0F ^ 0x55;
    0000 1111
  ^ 0101 0101
--------------
    0101 1010 演算結果:0x5A

XOR演算の使いどころとしては、他のビットの値を変えずに、
どこかのビットだけを反転させたい時などです。

ビット反転(補数)

ビット反転(~)は、演算対象のビットを全て反転させます。

結果
01
10
a = ~0x05
 ~ 0000 0101
-------------
   1111 1010 演算結果:0xFA

これは、特に説明はいらないと思います。

シフト

シフト処理は、ビットをずらす処理です。

左シフト

左シフトは、その名の通り、ビットを左へずらす処理を行います。
左端のビットは切り捨てられ、右端のビットには、0が入ります。
俗に左論理シフトと呼ばれます。

a = 0x05 << 1  ずらす数を指定する
0000 0101 << 1
--------------------
0000 1010 演算結果:0x0A 右端ビットに0が新しくシフトイン

右シフト

右シフトは、その名の通り、ビットを右へずらす処理を行います。
右シフトには、右論理シフト右算術シフトの2種類あります。

右論理シフト

右論理シフトは、その名の通り、ビットを右へずらす処理を行います。
右端のビットは切り捨てられ、左端のビットには、0が入ります。

a = 0x05 >>> 1  ずらす数を指定する
0000 0101 >>> 1
----------------
0000 0010 演算結果:0x02 右端のビットは切り捨て



a = 0x05 >>> 1 ←ずらす数を指定する。

例) >>> 1 0000 0101


      0000 0010 ←右端のビットは切り捨て。

右算術シフト

右算術シフトは、右論理シフトと同じく、
ビットを右へずらす処理を行います。

右端のビットは切り捨てられますが、
左端のビットには、シフト前の最上位ビットがコピーされます。

a = 0x05 >> 1  ずらす数を指定する
0000 0101 >> 1
---------------
0000 0010 演算結果:0x02 右端のビットは切り捨て

シフト処理には、<< >> の2つのシフトに限り、
次の関係が成り立ちます。

左に1ビットシフトすると、値が2倍となる。
右に1ビットシフトすると、値が1/2となる。

回転シフト

これまでは、シフトすると左端、
または右端のビットが捨てられていましたが、

その端のビットを反対の最上位、
または最下位ビットへシフトさせて
回転させるようなシフト処理を行う事も可能です。

実現するには、演算子ではなく、
IntegerクラスのrotateLeft関数、
または、rotateRight関数を使います。

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