Bitmasks
ビットマスクとは、データをchar/int/float型ではなく、ビットとして保存するプロセスです。特定の種類のデータをコンパクトかつ効率的に保存するのに非常に便利です。
ビットマスクの考え方はブール論理に基づいています。ブール論理とは、論理演算（0と1を引数として取る）によって「真」（1）と「偽」（0）を操作することです。ここでは以下の演算について考えます。
- NOT a - 最終値は入力値の反対になります (1 -> 0、0 -> 1)
- a AND b - 両方の値が 1 の場合、最終値は 1 になります。それ以外の場合は、最終値は 0 になります。
- a OR b - どちらかの値が 1 の場合、最終値は 1 になります。それ以外の場合は、最終値は 0 になります。
- a XOR b - 一方の値が 1 でもう一方の値が 0 の場合、最終値は 1 になります。それ以外の場合は、最終値は 0 になります。
コンピューティングにおいて、これらの真偽値の1つはビットです。C言語のプリミティブ（int、floatなど）は、8の倍数のビット数で構成されます。例えば、intは少なくとも16ビットのサイズであるのに対し、charは8ビットです。8ビットは通常バイトと呼ばれます。C言語では、特定のプリミティブが少なくともあるバイト数バイトのサイズであることが保証されています。C11で導入されたstdint.hにより、プログラマーは正確にあるバイト数の整数型を指定できるようになりました。これはマスクを使用する際に非常に便利です。
ビットマスクはフラグを設定する際によく使用されます。フラグとは、「オン/オフ」や「移動/静止」など、2つの状態を取ることができる値です。
ビット n の設定
ビット n を設定するのは、ストレージ変数の値と、値 2^n の OR 演算を行うのと同じくらい簡単です。
storage |= 1 << n;
例として、storage が char (8 ビット) の場合のビット 3 の設定を次に示します。
01000010
OR
00001000
==
01001010
2^n ロジックは、マスク自体の適切なビットに '1' の値を配置し、ストレージ変数内の同じビットにアクセスできるようにします。
ビット n をクリアする
ビット n をクリアすることは、ストレージ変数の値と値 2^n の逆数 (NOT) との AND 演算の結果です。
storage &= ~(1 << n);
もう一度例を挙げます。
01001010
AND
11110111
==
01000010
反転ビット n
ビット n の反転は、ストレージ変数の値と 2^n の XOR 演算の結果です。
storage ^= 1 << n;
01000010 01001010
XOR XOR
00001000 00001000
== ==
01001010 01000010
ビット n をチェック
ビットをチェックすることは、ビットストレージと 2^n の値の AND 演算です。
bit = storage & (1 << n);
01000010 01001010
AND AND
00001000 00001000
== ==
00000000 00001000
Exercise
ビットマスクを使用して一部のフラグを操作します。
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