Pythonにおける整数型のビット単位演算

ビット単位演算は、コンピュータの中でデータを効率的に操作するための重要な手法の一つです。Pythonでは、整数型に対してビット単位演算を行うことができます。この記事では、Pythonにおけるビット単位演算について詳しく解説し、具体的なコード例を示します。

ビット単位演算の種類

Pythonでは、以下のビット単位演算子が提供されています。

& : ビット単位のAND演算
| : ビット単位のOR演算
^ : ビット単位のXOR演算
~ : ビット単位のNOT演算
<< : 左シフト演算
>> : 右シフト演算

ビット単位演算の基本的な使い方

それでは、それぞれのビット単位演算子の基本的な使い方について見てみましょう。

ビット単位のAND演算 (`&`)

ビット単位のAND演算は、対応するビットが両方とも1の場合に1を返し、それ以外の場合は0を返します。

a = 0b1010  # 10進数で10
b = 0b1100  # 10進数で12

result = a & b
print(bin(result))  # 出力: 0b1000 (10進数で8)

ビット単位のOR演算 (`|`)

ビット単位のOR演算は、対応するビットのうち少なくとも1つが1の場合に1を返し、両方が0の場合は0を返します。

a = 0b1010  # 10進数で10
b = 0b1100  # 10進数で12

result = a | b
print(bin(result))  # 出力: 0b1110 (10進数で14)

ビット単位のXOR演算 (`^`)

ビット単位のXOR演算は、対応するビットが異なる場合に1を返し、同じ場合は0を返します。

a = 0b1010  # 10進数で10
b = 0b1100  # 10進数で12

result = a ^ b
print(bin(result))  # 出力: 0b0110 (10進数で6)

ビット単位のNOT演算 (`~`)

ビット単位のNOT演算は、各ビットを反転します。

a = 0b1010  # 10進数で10

result = ~a
print(bin(result))  # 出力: -0b1011 (10進数で-11)

左シフト演算 (`<<`)

指定されたビット数だけ左にビットをシフトします。

a = 0b1010  # 10進数で10

result = a << 2
print(bin(result))  # 出力: 0b101000 (10進数で40)

右シフト演算 (`>>`)

指定されたビット数だけ右にビットをシフトします。

a = 0b1010  # 10進数で10

result = a >> 1
print(bin(result))  # 出力: 0b0101 (10進数で5)

サンプルコードの実行結果

それでは、上記のサンプルコードを実行してみましょう。以下に、それぞれの演算の実行結果を示します。

ビット単位のAND

演算

a = 0b1010  # 10進数で10
b = 0b1100  # 10進数で12

result = a & b
print(bin(result))  # 出力: 0b1000 (10進数で8)

ビット単位のOR演算

a = 0b1010  # 10進数で10
b = 0b1100  # 10進数で12

result = a | b
print(bin(result))  # 出力: 0b1110 (10進数で14)

ビット単位のXOR演算

a = 0b1010  # 10進数で10
b = 0b1100  # 10進数で12

result = a ^ b
print(bin(result))  # 出力: 0b0110 (10進数で6)

ビット単位のNOT演算

a = 0b1010  # 10進数で10

result = ~a
print(bin(result))  # 出力: -0b1011 (10進数で-11)

左シフト演算

a = 0b1010  # 10進数で10

result = a << 2
print(bin(result))  # 出力: 0b101000 (10進数で40)

右シフト演算

a = 0b1010  # 10進数で10

result = a >> 1
print(bin(result))  # 出力: 0b0101 (10進数で5)

まとめ

Pythonのビット単位演算は、整数型のデータを効率的に操作する際に役立ちます。各演算子の動作を理解し、適切に活用することで、より効率的なプログラミングが可能になります。