char、short、int のsignedとunsignedについて10進数を2進数で表示する関数

コード

• 2の補数表現かつ算術右シフトを行う処理系を想定

  1  #include <stdio.h>
  2
  3  void printf_bit_uc(unsigned char);
  4  void printf_bit_c(signed char);
  5  void printf_bit_us(unsigned short);
  6  void printf_bit_s(signed short);
  7  void printf_bit_ui(unsigned int);
  8  void printf_bit_i(signed int);
  9
 10  int main()
 11  {
 12      unsigned char a;
 13      signed   char b;
 14      unsigned short c;
 15      signed   short d;
 16      unsigned int e;
 17      signed   int f;
 18
 19      printf("unsigned char\n");
 20      scanf("%d", &a);
 21      printf_bit_uc(a);
 22      putchar('\n');
 23
 24      printf("signed char\n");
 25      scanf("%d", &b);
 26      printf_bit_c(b);
 27      putchar('\n');
 28
 29      printf("unsigned short\n");
 30      scanf("%d", &c);
 31      printf_bit_us(c);
 32      putchar('\n');
 33
 34      printf("signed short\n");
 35      scanf("%d", &d);
 36      printf_bit_s(d);
 37      putchar('\n');
 38
 39      printf("unsigned int\n");
 40      scanf("%d", &e);
 41      printf_bit_ui(e);
 42      putchar('\n');
 43
 44      printf("signed int\n");
 45      scanf("%d", &f);
 46      printf_bit_i(f);
 47
 48      return 0;
 49  }
 50
 51  void printf_bit_uc(unsigned char x)
 52  {
 53      int i;
 54      int renzoku;
 55      int y;
 56      char a[9];
 57
 58      if (x == 0) {
 59          putchar('0');
 60          return;
 61      }
 62      else {
 63          for (i = 7; i >= 0; i--) {
 64              y = x & 1;
 65              if (y) {
 66                  a[i] = '1';
 67              }
 68              else {
 69                  a[i] = '0';
 70              }
 71              x = x >> 1;
 72          }
 73      }
 74
 75      a[8] = '\0';
 76      renzoku = 1;
 77
 78      for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
 79          if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
 80              putchar(a[i]);
 81              renzoku = 0;
 82          }
 83          else if (renzoku == 0) {
 84              putchar(a[i]);
 85          }
 86      }
 87
 88      return;
 89  }
 90
 91  void printf_bit_c(signed char x)
 92  {
 93      int i;
 94      int renzoku;
 95      int y;
 96      char a[9];
 97
 98      if (x == 0) {
 99          putchar('0');
100          return;
101      }
102      else {
103          for (i = 7; i >= 0; i--) {
104              y = x & 1;
105              if (y) {
106                  a[i] = '1';
107              }
108              else {
109                  a[i] = '0';
110              }
111              x = x >> 1;
112          }
113      }
114
115      a[8] = '\0';
116      renzoku = 1;
117
118      for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
119          if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
120              putchar(a[i]);
121              renzoku = 0;
122          }
123          else if (renzoku == 0) {
124              putchar(a[i]);
125          }
126      }
127
128      return;
129  }
130
131  void printf_bit_us(unsigned short x)
132  {
133      int i;
134      int renzoku;
135      int y;
136      char a[17];
137
138      if (x == 0) {
139          putchar('0');
140          return;
141      }
142      else {
143          for (i = 15; i >= 0; i--) {
144              y = x & 1;
145              if (y) {
146                  a[i] = '1';
147              }
148              else {
149                  a[i] = '0';
150              }
151              x = x >> 1;
152          }
153      }
154
155      a[16] = '\0';
156      renzoku = 1;
157
158      for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
159          if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
160              putchar(a[i]);
161              renzoku = 0;
162          }
163          else if (renzoku == 0) {
164              putchar(a[i]);
165          }
166      }
167
168      return;
169  }
170
171  void printf_bit_s(signed short x)
172  {
173      int i;
174      int renzoku;
175      int y;
176      signed short a[17];
177
178      if (x == 0) {
179          putchar('0');
180          return;
181      }
182      else {
183          for (i = 15; i >= 0; i--) {
184              y = x & 1;
185              if (y) {
186                  a[i] = '1';
187              }
188              else {
189                  a[i] = '0';
190              }
191              x = x >> 1;
192          }
193      }
194
195      a[16] = '\0';
196      renzoku = 1;
197
198      for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
199          if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
200              putchar(a[i]);
201              renzoku = 0;
202          }
203          else if (renzoku == 0) {
204              putchar(a[i]);
205          }
206      }
207
208      return;
209  }
210
211  void printf_bit_ui(unsigned int x)
212  {
213      int i;
214      int renzoku;
215      int y;
216      char a[33];
217
218      if (x == 0) {
219          putchar('0');
220          return;
221      }
222      else {
223          for (i = 31; i >= 0; i--) {
224              y = x & 1;
225              if (y) {
226                  a[i] = '1';
227              }
228              else {
229                  a[i] = '0';
230              }
231              x = x >> 1;
232          }
233      }
234
235      a[32] = '\0';
236      renzoku = 1;
237
238      for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
239          if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
240              putchar(a[i]);
241              renzoku = 0;
242          }
243          else if (renzoku == 0) {
244              putchar(a[i]);
245          }
246      }
247
248      return;
249  }
250
251  void printf_bit_i(signed int x)
252  {
253      int i;
254      int renzoku;
255      int y;
256      char a[33];
257
258      if (x == 0) {
259          putchar('0');
260          return;
261      }
262      else {
263          for (i = 31; i >= 0; i--) {
264              y = x & 1;
265              if (y) {
266                  a[i] = '1';
267              }
268              else {
269                  a[i] = '0';
270              }
271              x = x >> 1;
272          }
273      }
274
275      a[32] = '\0';
276      renzoku = 1;
277
278      for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
279          if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
280              putchar(a[i]);
281              renzoku = 0;
282          }
283          else if (renzoku == 0) {
284              putchar(a[i]);
285          }
286      }
287
288      return;
289  }

コード(行番号なし版)

#include <stdio.h>

void printf_bit_uc(unsigned char);
void printf_bit_c(signed char);
void printf_bit_us(unsigned short);
void printf_bit_s(signed short);
void printf_bit_ui(unsigned int);
void printf_bit_i(signed int);

int main()
{ 
    
    unsigned char a;
    signed   char b;
    unsigned short c;
    signed   short d;
    unsigned int e;
    signed   int f;
    
    printf("unsigned char\n");
    scanf("%d", &a);
    printf_bit_uc(a);
    putchar('\n');

    printf("signed char\n");
    scanf("%d", &b);    
    printf_bit_c(b);
    putchar('\n');

    printf("unsigned short\n");
    scanf("%d", &c);
    printf_bit_us(c);
    putchar('\n');
 
    printf("signed short\n");
    scanf("%d", &d);
    printf_bit_s(d);
    putchar('\n');
   
    printf("unsigned int\n");
    scanf("%d", &e);
    printf_bit_ui(e);
    putchar('\n');

    printf("signed int\n");
    scanf("%d", &f);
    printf_bit_i(f);
    
    return 0;
}

void printf_bit_uc(unsigned char x)
{    
    int i;
    int renzoku;
    int y;
    char a[9];

    if (x == 0) {
        putchar('0');
        return;
    }
    else { 
        for (i = 7; i >= 0; i--) {
            y = x & 1;
            if (y) {
                a[i] = '1';
            }
            else {
                a[i] = '0';
            }
            x = x >> 1;
        }
    }
     
    a[8] = '\0';
    renzoku = 1;          

    for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
        if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
            putchar(a[i]);
            renzoku = 0;
        }
        else if (renzoku == 0) {
            putchar(a[i]);
        }
    }

    return;
}

void printf_bit_c(signed char x)
{    
    int i;
    int renzoku;
    int y;
    char a[9];

    if (x == 0) {
        putchar('0');
        return;
    }
    else { 
        for (i = 7; i >= 0; i--) {
            y = x & 1;
            if (y) {
                a[i] = '1';
            }
            else {
                a[i] = '0';
            }
            x = x >> 1;
        }
    }
     
    a[8] = '\0';
    renzoku = 1;          

    for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
        if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
            putchar(a[i]);
            renzoku = 0;
        }
        else if (renzoku == 0) {
            putchar(a[i]);
        }
    }

    return;
}

void printf_bit_us(unsigned short x)
{    
    int i;
    int renzoku;
    int y;
    char a[17];

    if (x == 0) {
        putchar('0');
        return;
    }
    else { 
        for (i = 15; i >= 0; i--) {
            y = x & 1;
            if (y) {
                a[i] = '1';
            }
            else {
                a[i] = '0';
            }
            x = x >> 1;
        }
    }
     
    a[16] = '\0';
    renzoku = 1;          

    for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
        if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
            putchar(a[i]);
            renzoku = 0;
        }
        else if (renzoku == 0) {
            putchar(a[i]);
        }
    }

    return;
}

void printf_bit_s(signed short x)
{    
    int i;
    int renzoku;
    int y;
    signed short a[17];

    if (x == 0) {
        putchar('0');
        return;
    }
    else { 
        for (i = 15; i >= 0; i--) {
            y = x & 1;
            if (y) {
                a[i] = '1';
            }
            else {
                a[i] = '0';
            }
            x = x >> 1;
        }
    }
     
    a[16] = '\0';
    renzoku = 1;          

    for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
        if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
            putchar(a[i]);
            renzoku = 0;
        }
        else if (renzoku == 0) {
            putchar(a[i]);
        }
    }

    return;
}

void printf_bit_ui(unsigned int x)
{    
    int i;
    int renzoku;
    int y;
    char a[33];

    if (x == 0) {
        putchar('0');
        return;
    }
    else { 
        for (i = 31; i >= 0; i--) {
            y = x & 1;
            if (y) {
                a[i] = '1';
            }
            else {
                a[i] = '0';
            }
            x = x >> 1;
        }
    }
     
    a[32] = '\0';
    renzoku = 1;          

    for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
        if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
            putchar(a[i]);
            renzoku = 0;
        }
        else if (renzoku == 0) {
            putchar(a[i]);
        }
    }

    return;
}

void printf_bit_i(signed int x)
{    
    int i;
    int renzoku;
    int y;
    char a[33];

    if (x == 0) {
        putchar('0');
        return;
    }
    else { 
        for (i = 31; i >= 0; i--) {
            y = x & 1;
            if (y) {
                a[i] = '1';
            }
            else {
                a[i] = '0';
            }
            x = x >> 1;
        }
    }
     
    a[32] = '\0';
    renzoku = 1;          

    for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
        if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
            putchar(a[i]);
            renzoku = 0;
        }
        else if (renzoku == 0) {
            putchar(a[i]);
        }
    }

    return;
}

実行結果

データ型	入力値	表示される2進数	表示ビット数
unsigned char	2	10	2ビット
signed char	-1	11111111	8ビット
unsigned short	1024	10000000000	11ビット
signed short	-1024	1111110000000000	16ビット
unsigned int	32768	1000000000000000	16ビット
signed int	-32768	11111111111111111000000000000000	32ビット

※ 正の値は先頭の 0 を省略して表示しているため、表示ビット数は型のビット幅ではなく実際に出力された桁数です。負の値は2の補数表現で表示されるため、上位ビットが1で埋まります。

解説

　今回作成した6個の関数は型により定義が多少違いますが、基本的な構造は同じであるためprintf_bit_uc関数に焦点を当てます。

51  void printf_bit_uc(unsigned char x)
52  {
53      int i;
54      int renzoku;
55      int y;
56      char a[9];
57
58      if (x == 0) {
59          putchar('0');
60          return;
61      }
62      else {
63          for (i = 7; i >= 0; i--) {
64              y = x & 1;
65              if (y) {
66                  a[i] = '1';
67              }
68              else {
69                  a[i] = '0';
70              }
71              x = x >> 1;
72          }
73      }
74
75      a[8] = '\0';
76      renzoku = 1;
77
78      for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
79          if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
80              putchar(a[i]);
81              renzoku = 0;
82          }
83          else if (renzoku == 0) {
84              putchar(a[i]);
85          }
86      }
87
88      return;
89  }

　printf_bit_uc 関数ではunsigned char型を1バイトと仮定しているため、入力された10進数値に対応する2進数を文字格納するために、要素数9の char 型配列を定義します(文字0と1の羅列 + 終端ヌル文字分)。また、変数renzoku を定義します。このrenzoku の値が 1 の場合は現在まで 0 が連続している状態であり、0 の場合は、すでにあるビット位置で 1 が現れたことを意味します。
　最初に、x に格納されている値が 0 ならば、文字の 0 を表示して処理を終了します。

 58      if (x == 0) {
 59          putchar('0');
 60          return;
 61      }
 62      else {

x が 0 でない場合はfor 文を用いて x の右端の1ビットをマスクします。これにより、x の最下位ビットが 1 なら y に 1 が格納され、最下位ビットが 0 なら y に 0 が格納されます。これに加え、後続のIf判定により配列の現在の位置iに対応する文字としての数値を格納した後(注: ビットを位の小さい側から切り出す実装のため、iは0からではなく後ろの7から)x を右に1ビットシフトします。これにより、現在確認したビットが切り捨てられ、次に確認するビットが最下位ビットの位置に移動します。

 62      else {
 63          for (i = 7; i >= 0; i--) {
 64              y = x & 1;
 65              if (y) {
 66                  a[i] = '1';
 67              }
 68              else {
 69                  a[i] = '0';
 70              }
 71              x = x >> 1;
 72          }
 73      }

この処理を繰り返すことで、各ビットを右端から順番に確認し、そのビットに対応する文字 '0' または '1' を配列に格納します。全てのビットを格納した後、配列の終端にヌル文字を付けます。

 51  void printf_bit_uc(unsigned char x)
 52  {
 53      int i;
 54      int renzoku;
 55      int y;
 56      char a[9];
 57
 58      if (x == 0) {
 59          putchar('0');
 60          return;
 61      }
 62      else {
 63          for (i = 7; i >= 0; i--) {
 64              y = x & 1;
 65              if (y) {
 66                  a[i] = '1';
 67              }
 68              else {
 69                  a[i] = '0';
 70              }
 71              x = x >> 1;
 72          }
 73      }
 74
 75      a[8] = '\0';

　次に、先ほど説明した renzoku を利用して先頭の不要な 0 は表示せず、配列に格納された2進数を画面に表示します。まず、値を1にして現在まで 0 が連続しているとみなします。

 76      renzoku = 1;

以下の条件文により最初の 1 が現れたか判定します。a[i] が 1 かつ renzoku が 1 ならば、現在まで 0 が連続していて、今回初めて 1 が現れたことになります。その場合は 1 を画面に表示し、renzokuを0にすることで、それ以降の0 と 1 の両方を画面に表示します。

 76      renzoku = 1;
 77
 78      for (i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
 79          if (a[i] == '1' && renzoku == 1) {
 80              putchar(a[i]);
 81              renzoku = 0;
 82          }
 83          else if (renzoku == 0) {
 84              putchar(a[i]);
 85          }
 86      }
 87
 88      return;
 89  }

以上となります。お疲れ様でした。

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