【Python】2進数・16進数・ビット演算の扱い方

Toshihiko Arai

投稿日: 2019年5月4日(土)

はじめに

この記事では、2進数・16進数・ビット演算をPython3で試しながら理解を深めていく。Python2.xとPython3.xでは、ビットの扱いにかなり違いがあるので注意する必要がある。

ビットと数

このプログラムは、1ビットから32ビットまでの各ビットにおける最大長を、10進数・2進数・16進数で表示するプログラムである。

for i in range(2, 34):
    n = i - 1
    print("======= {bit}bit =======".format(bit=n))
    deci = pow(2, n) - 1
    print(deci, bin(deci), hex(deci))
    print()

プログラムの結果を表にしてみよう。

ビット演算

ここからはPython3で、基本的なビット演算を行っていく。

変数の定義

次のように変数を定義した。変数bはaよりも1だけ大きい数である。

a = 0b1111111  # 0x7f
b = 0b10000000  # 0x80
c = 0b10101010 

assert a == 127, a
assert b == 128, b

加算

s = bin(a + 1)
assert s == bin(b), s

OR演算

s = bin(a | b)
assert s == bin(0xff), s

AND演算

s = bin(a & b)
assert s == bin(0), s

XOR演算

s = bin(b ^ c)
assert s == bin(0b101010), s

ビットの反転

ただし、Pythonは整数の桁が無制限のため注意が必要。

s = ~a
assert s == -(a + 1), s

シフト演算

s = bin(a << 2)
assert s == bin(0b111111100), s

s = bin(b >> 4)
assert s == bin(0b1000), s

s = bin(b >> 10)
assert s == bin(0b0), s

構造体パッキング

structモジュールを使うと、Pythonの値とPython bytesオブジェクトとして表されるC言語の構造体データとの間の変換できるようになる。バイナリーデータを扱うときは、次の表のCとPythonとの対応が重要となってくる。structモジュールでは、書式文字列をつかってCとPythonの値を変換する。

参考 https://docs.python.org/ja/3.7/library/struct.html