Python

【Python】2進数の生成方法とビット演算

この記事では、Pythonで2進数や8進数、16進数を生成する方法について解説します。また、それらの位取り記数法を使ったビット演算と演算子を紹介します。

2進数の生成と出力

2進数を表現するには、数値リテラルの先頭に 0b を付けます。大文字(0B)でも可能です。

b = 0b001
print(b, type(b))

b = 0B011
print(b, type(b))

実行結果

1 <class 'int'>
3 <class 'int'>

8進数の場合は0o または 0O、16進数の場合は0x または 0Xを付けます。

生成された値は int型 となります。なので通常の演算も可能です。

x = 0b100
y = 0B010

print(f'{x} + {y} = {x + y}')
print(f'{x} - {y} = {x - y}')
print(f'{x} * {y} = {x * y}')
print(f'{x} / {y} = {x / y}')

実行結果

4 + 2 = 6
4 - 2 = 2
4 * 2 = 8
4 / 2 = 2.0

print()関数で出力する際に2進数が10進数に直されてしまっています。2進数のまま出力したい場合は、bin()関数を使います。

x = 0b100
print(bin(x))

y = 0B010
print(bin(y))

実行結果

0b100
0b10

8進数の場合はoct()関数、16進数の場合はhex()関数を使います。

bin()関数の戻り値は文字列になっているので 2進数として使う事はできません。2進数として使いたい場合は、int(変換する値, 進数) で変換できます。

# 99の2進数の文字列を生成
s_b = bin(99)
print(s_b)

# int(変換する値, 進数)
print(int(s_b, 2))

実行結果

0b1100011
99

8進数の場合int(値, 8)、16進数の場合int(値, 16)と指定します。

これでビットを生成して出力することができるようになりました。

ビット演算

それでは、ビット演算について見ていきましょう。
使用する演算子は以下のとおりです。

& 論理積
| 論理和
^ 排他的論理和
~ ビット反転
<< 左シフト
>> 右シフト

論理積: &

&演算子を使うことで論理積を求めることができます。論理積とは、両方の桁が 1 のときのみ 1 となります。

a = 0b101
b = 0B011

print(f'結果: {a & b}')
print(f'bin: {bin(a & b)}')

実行結果

結果: 1
bin: 0b1

論理和: |

|演算子を使うことで論理和を求めることができます。論理和とは、どちらかの桁が 1 ならば 1 となります。

a = 0b101
b = 0B011

print(f'結果: {a | b}')
print(f'bin: {bin(a | b)}')

実行結果

結果: 7
bin: 0b111

排他的論理和: ^

^演算子 を使うことで排他的論理和を求めることができます。排他的論理和とは、同じでない桁が 1 となります。

a = 0b101
b = 0B011

print(f'結果: {a ^ b}')
print(f'bin: {bin(a ^ b)}')

実行結果

結果: 6
bin: 0b110

ビット反転: ~

~演算子を使うことで1を足したマイナスな値になる。

x = 0b101
print(~x, bin(~x))

y = 0B011
print(~y, bin(~y))

実行結果

-6 -0b110
-4 -0b100

ビットシフト: <<, >>

<<演算子を使うことでビットを左にずらし、>>演算子を使うことでビットを右にずらします。

x = 0b1010
print(x << 1, bin(x << 1)) 

x = 0b1010 
print(x >> 1, bin(x >> 1))

実行結果

20 0b10100
5 0b101

まとめ

この記事では、Python でビット演算する方法を解説しました。

ビット演算できなくてもあまり問題ありませんが、フラグや画像処理で使われたりします。また他の言語でも使われたりするので覚えていて損はありません。

それでは今回の内容はここまでです。ではまたどこかで〜( ・∀・)ノ