Javaで整数⇔2進数の変換

AtCoderの問題などを解いていると整数と2進数の相互変換する機会があるので方法をメモ。

参考

全体のコード

整数を2進数に変換し、その後再び整数に戻すプロセスを実行しているコードが以下。
この例では、整数17を2進数に変換し、その2進数を再度整数に変換している。

import java.util.*;

public class ConvertNumberAndBinary {
    static final int BIN_LENGTH = 10; // ビット数の設定
    static final int NUMBER = 17;

    public static void main(String[] args) {
        // 整数 -> 2進数
        int[] bin = number2binary(NUMBER);
        // 2進数 -> 整数
        int num = binary2number(bin);
        System.out.println("17 -> " + Arrays.toString(bin) + " -> " + num);
    }

    private static int[] number2binary(int number) {
        int[] bin = new int[BIN_LENGTH];
        for (int i = 0; i < BIN_LENGTH; i++) {
            int index = BIN_LENGTH - (i + 1);
            int v = 1 << i;
            int rightShifted = number / v;
            bin[index] = rightShifted % 2;
        }
        return bin;
    }

    private static int binary2number(int[] bin) {
        int number = 0;
        for (int i = 0; i < BIN_LENGTH; i++) {
            int index = BIN_LENGTH - (i + 1);
            if (bin[index] == 1) {
                number += (1 << i);
            }
        }
        return number;
    }
}

プログラムの実行結果

実行すると以下の出力が得られる。

17 -> [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1] -> 17

この結果は、整数17が2進数 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1] に変換され、再び17に戻されていることを示している。

BIN_LENGTH について補足

このプログラムでは、BIN_LENGTHを10に設定している。
これは、2進数表現で使用するビット数を意味し、この場合は10ビットで表現される。
10ビットで表現できる最大の整数は [tex: 2^{10} - 1 = 1023] となる。

number2binary

number2binaryメソッドは、整数を2進数の配列に変換している。
このメソッドでは、与えられた数値を右シフトしながら、各ビットを計算して配列に格納している。

private static int[] number2binary(int number) {
    int[] bin = new int[BIN_LENGTH];
    for (int i = 0; i < BIN_LENGTH; i++) {
        int index = BIN_LENGTH - (i + 1);
        int v = 1 << i;
        int rightShifted = number / v;
        bin[index] = rightShifted % 2;
    }
    return bin;
}

binary2number

binary2numberメソッドは、2進数を表す整数の配列を受け取り、それを整数に変換する。
配列の各要素を左から右へと走査し、各ビットが1の場合に対応する2の累乗を合計していく。

private static int binary2number(int[] bin) {
    int number = 0;
    for (int i = 0; i < BIN_LENGTH; i++) {
        int index = BIN_LENGTH - (i + 1);
        if (bin[index] == 1) {
            number += (1 << i);
        }
    }
    return number;
}