[C] Study : 수식과 연산자 - (5) 비트 연산자

 

 

 

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• 비트(bit): 컴퓨터에서 정보를 저장하는 가장 작은 단위

 

• 2진수의 한자리에 해당하므로 0 또는 1의 값을 가질 수 있다.

 

• 비트 8개가 모이면 바이트(byte)가 된다.

 

• 예를 들어서 정수 10은 컴퓨터 안에서 다음과 같은 32비트 패턴으로 저장된다. 정수 10을 2진수로 변환하면 쉽게 알 수 있다.

 

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010

 

• 위의 비트 패턴을 16진수로 표시하면 다음과 같다.

 

0x000000A

 

• 이것을 쉽게 변환하려면 윈도우의 "프로그래머용" 계산기를 사용하면 된다.

 

• 비트 연산자는 비트별로 AND 연산이나 OR 연산을 하는 연산자이다.

 

 

• 비트 연산자는 정수 타입의 피연산자에만 적용할 수 있다.

 

• 즉, 정수 타입에는 char, short, int, long 등이 있다. 정수 타임이면 signed나 unsigned에 상관없이 모두 적용 가능하다.

 

• 비트 연산자는 부동소수점수에는 적용할 수 없다. 이는 당연한 것으로 부동소수점수는 컴퓨터 내부에는 정수와 다르게 표현된다는 것을 전에 설명한 바 있다.

 

• 비트 단위 연산자는 시스템과 컴파일러에 따라서 약간씩 달라질 수 있다. (비주얼 스튜디오를 기준으로 한다.)

 

• 지금부터 각각의 비트 연산자를 자세히 살펴본다.

 

 

 

 

비트 AND, OR, XOR, NOT

 

• 2개의 int형에 대하여 비트 AND 연산을 한다고 하자. 같은 위치의 비트를 비교하여, 하나라도 0이 있으면 결과 비트는 0이 된다.

 

 

 

 

• 이번에는 비트 OR 연산을 한다고 하자. 같은 위치의 비트를 비교하여, 하나라도 1이 있으면 결과 비트는 1이 된다.

 

 

 

 

• 이번에는 비트 XOR 연산을 한다고 하자. 같은 위치의 비트들이 일치하면 0이 되고 다르면 1이 된다.

 

 

 

 

• 비트 NOT 연산을 생각해보자. 변수 안의 각 비트들을 반전시킨다. 부호를 나타내는 비트도 반전된다.

 

 

 

 

• 위의 설명을 프로그램으로 작성하여 확인해보자.

 

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int x = 9; // 00001001 
	int y = 10; // 00001010

	printf("%08X & %08X = %08X\n", x, y, x & y);    // 00001000
	printf("%08X | %08X = %08X\n", x, y, x | y);    // 00001011
	printf("%08X ^ %08X = %08X\n", x, y, x ^ y);    // 00000011
	printf("~ %08X = %08X\n", x, ~x );              // 11110110

	return 0;
}

 

 

 

 

 

비트 이동 연산자 (<<, >>)

 

•  비트 이동(shift) 연산자는 지정된 숫자만큼 전체 비트를 이동시킨다. 

 

• 이동할 수 있는 방향이 왼쪽가 오른쪽 두 개가 있으므로 두 개의 연산자 <<와 >>가 필요하다.

 

 

• 먼저 왼쪽 이트 이동 연산자인 <<는 지정된 숫자만큼 왼쪽으로 이동한다.

 

• 이 때 변수의 경계를 벗어나는 비트들은 없어지게 되고 오른쪽에 발생하는 빈 공간은 0으로 채워지게 된다.

 

• 예를 들어서 15<<2를 생각하여 보자.

 

비트 이동 연산자

 

 

• 비트들을 왼쪽으로 한 번 이동할 때마다 값은 두 배가 된다. 이 특성을 이용할 수 없을까?

 

• 개발자들은 예전부터 비트 연산을 이용하여 빠르게 2배로 만드는 방법들을 사용하여 왔다.

 

 

 

• 오른쪽 비트 이동 연산자인 >> 는 지정된 숫자만큼 비트들을 오른쪽으로 이동한다.

 

• 이때에도 변수의 경계를 벗어나는 비트들은 없어지게 되고 왼쪽에 발생하는 빈 공간은 부호 비트로 채워지게 된다.

 

• 여기서 주의할 점은 왼쪽의 발생하는 빈 공간을 무작정 0으로 채우면 안 되고 부호 비트로 채워야 한다는 점이다.

 

• 양수면 부호비트가 0이므로 0으로 채우면 되고, 음수라면 부호 비트가 1이므로 1로 채워야 한다.

 

• 만약 부호 비트로 채우지 않으면 이동 연산이 끝난 뒤에 음수가 양수로 변할 수도 있기 때문이다.

 

 

 

• 15 >> 2 와 같이 양수를 비트 이동하는 경우를 살펴보자.

 

양수의 비트 이동

 

 

 

• 정수 9를 왼쪽과 오른쪽으로 1비트씩 이동시켜서 결과를 출력하는 프로그램을 살펴보자.

 

• 2배로 되거나 1/2배로 된 것을 확인해보자.

 

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int x = 9;    // 1001 

	printf("%d << 1 = %d\n", x, x << 1);    // 10010
	printf("%d >> 1 = %d\n", x, x >> 1);    // 00100

	return 0;
}