【Goで学ぶコンピューターサイエンス】ビットとバイト

ビット

「binary digit」の略。
ビット (bit)は、データの最小単位のことで、0または1の値をとります。
複数ビットを組み合わせることで、様々なデータを表現します。

ビット	状態	パターン
1ビット	0, 1	$2^1$
2ビット	00, 01, 10, 11	$2^2$
3ビット	000, 001, ..., 111	$2^3$
...	...	...
8ビット	00000000, 00000001, ...,11111111	$2^8$

バイト

8ビットをひとかたまりとしたものが、1バイトです。
0～255（符号なし）、-128～127（符号付き）、ASCIIの1文字などを表現することが可能です。
これらがどのようなデータを表現しているかは、それを扱うアプリケーション側で判断されます。

ビット演算

ここからはGoのコードを使って、ビット操作をしてみようと思います。
Goでは以下のようなビット演算子が利用可能です。

演算子	説明	使用例 (A=1010, B=1100)	結果
&	AND: 両方が1なら1	A & B	1000
|	OR: どちらかが1なら1	A | B	1110
^	XOR: 異なれば1	A ^ B	0110
<<	左シフト: 指定桁数分移動	A << 2	101000
>>	右シフト: 指定桁数分移動	A >> 2	0010

ビット演算のGoサンプルコード

package main

import "fmt"

func main() {
	A := 10 // 2進数: 1010
	B := 12 // 2進数: 1100

	// AND演算
	andResult := A & B
	fmt.Printf("A & B = %d (2進数: %04b)\n", andResult, andResult)

	// OR演算
	orResult := A | B
	fmt.Printf("A | B = %d (2進数: %04b)\n", orResult, orResult)

	// XOR演算
	xorResult := A ^ B
	fmt.Printf("A ^ B = %d (2進数: %04b)\n", xorResult, xorResult)

	// 左シフト
	leftShift := A << 2
	fmt.Printf("A << 2 = %d (2進数: %06b)\n", leftShift, leftShift)

	// 右シフト
	rightShift := A >> 2
	fmt.Printf("A >> 2 = %d (2進数: %04b)\n", rightShift, rightShift)
}

A & B = 8 (2進数: 1000)
A | B = 14 (2進数: 1110)
A ^ B = 6 (2進数: 0110)
A << 2 = 40 (2進数: 101000)
A >> 2 = 2 (2進数: 0010)

ビット演算を使ったフラグ管理Goサンプルコード

package main

import "fmt"

const (
	Read  = 1 << 0 // 001
	Write = 1 << 1 // 010
	Exec  = 1 << 2 // 100
)

func main() {
	// 権限を組み合わせて設定
	permission := Read | Write
	fmt.Printf("Permission: %03b\n", permission) // 011 (Read + Write)

	// 権限の確認
	fmt.Printf("Has Read: %t\n", permission&Read != 0)   // true
	fmt.Printf("Has Write: %t\n", permission&Write != 0) // true
	fmt.Printf("Has Exec: %t\n", permission&Exec != 0)   // false

	// 権限の追加 (Exec権限を付与)
	permission |= Exec
	fmt.Printf("Permission after adding Exec: %03b\n", permission) // 111

	// 権限の削除 (Write権限を削除)
	permission &= ^Write
	fmt.Printf("Permission after removing Write: %03b\n", permission) // 101
}

Permission: 011
Has Read: true
Has Write: true
Has Exec: false
Permission after adding Exec: 111
Permission after removing Write: 101

バイト操作のGoサンプルコード

package main

import "fmt"

func main() {
	// 文字のバイト表現
	char := 'A'                                             // ASCII文字
	fmt.Printf("Character: %c, Binary: %08b\n", char, char) // A, 01000001

	// 文字列のバイト配列
	str := "Go"
	fmt.Printf("String: %s\n", str)
	fmt.Printf("Bytes: %v\n", []byte(str))
	for i, b := range []byte(str) {
		fmt.Printf("Byte %d: %08b (%c)\n", i, b, b)
	}

	// バイト配列を結合
	bytes := []byte{71, 111} // G: 01000111, o: 01101111
	fmt.Printf("Reconstructed String: %s\n", string(bytes))
}

Character: A, Binary: 01000001
String: Go
Bytes: [71 111]
Byte 0: 01000111 (G)
Byte 1: 01101111 (o)
Reconstructed String: Go