[임베디드 C] 특정 비트 연산

 
 
      01010101                              01010101
OR    00100000                       AND    11111011
-----------------------              ------------------------          
      01110101                              01010001
 
 

1. 특정 비트 설정

a |= 0x00100000;

0x0010_0000은 0x1(0x0000_0001)을 5번 왼쪽 시프트한 값과 같으므로 아래와 같이 표현 할 수 있다.

a |= 0x1 << 5;

한 번에 여러 비트 설정도 가능하다.

a |= (0x1 <<5) + (0x1 <<3) + (0x1 <<2);

그런데 3,2번 비트는 연속된 비트이기 때문에 0x3으로도 묶어줄 수 있다.

a |= (0x1 <<5) + (0x3 <<2);

2. 특정 비트 클리어

특정 비트 설정(SET)과 달리 클리어는 지정된 비트를 0과 &함으로써 수행한다. 특정비트를 1로 설정할 때와 마찬가지로 0을 원하는 위치까지 시프트하여 &연산하고, 나머지 비트들은 1과 & 연산을 취하여 원래의 값을 그대로 유지한다. 그런데 한 가지 문제가 있는데, 0x0000도 0x0도 모두 0이기 때문에 0으로 자릿수를 표현할 수 없다는 것. 그래서 1을 원하는 위치로 시프트하고 그 값에 대해 ~(NOT)연산을 해서 0으로 만든다.

0x1 << 5      //  0x0010_0000
~(0x1 << 5)   //  0x1101_1111
 

a &= ~(0x1 << 2);

SET과 같이 한번에 여러 비트 클리어도 가능하다. 5,3,2번 비트를 클리어 한다고 가정한다면

a &= ~(0x1 <<5) + (0x3 << 2)); 

와 같이 표현된다.

3. 특정 비트 반전. 

반전시키고자 하는 비트는 1과 ^ 연산을 취한다. ^연산은 두 피 연산자가 같으면 0으로 다르면 1로 설정된다. 그래서 1^1 = 0, 0^1 = 1이 되므로 원래의 비트는 1과 ^ 연산함으로써 반전된다.

a ^= 0x1 << 5;  // 5번 비트 반전

4. 비트 검사

특정 비트가 0인지 1인지를 검사하는 방법.

a & (0x1 << 5)

5번째 비트가 0이면 0을 출력, 1이면 1을 출력한다.

5. 비트 추출

특정 비트만 추출하는 방법. 예를 들어 [6:4] 비트만 추출하고 싶다면 다음과 같이 사용하면 된다.

a & 0x7

6. 비트 연산의 활용

비트 연산을 응용하면 복잡한 로직도 비교적 짧은 코드로 만들 수 있다. 예를 들어 값을 무조건 4의 배수로 만들어야 하는 경우가 있다고 가정하자. 시작 값이 100이라고 하면 1을 더해도 4의 배수인 104로 증가해야 한다. 즉 정수를 더한 결과가 4의 배수가 아니라면 그보다 큰 가장 가까운 4의 배수로 값을 늘려주는 것이다. 코드를 어떻게 짜겠는가? 혹시 이렇게 생각했는가?

start = 100;
scanf("%d", &x);
start += x;
if((start % 4) == 1)
    start += 3;
else if((start % 4 ) == 2)
    start +=2;
else if((start % 4 ) == 3)
    start += 1;

start에 입력받은 값을 더한 결과 값을 % 4로 계산한다. 이 결과 값이 1이면 3을, 2이면 2를, 3이면 1을 더해서 4의 배수로 만들어준다. 그럼 다음 코드는 어떠한가?

start += x;
start += 0x3;
start &= ~(0x3);

비트 연산을 활용하여 7줄로 표현된 것을 3줄로 줄였다. x 값을 더해주고 무조건 3을 더해주고 마지막 2비트를 클리어한다. 그러면 마지막 2비트는 무조건 올림이 된다. 

출처 : 임베디드 프로그래밍 C코드 최적화, 김유진 지음