비트 이동(shift) 연산자는 방향에 따라 두 가지가 있는데 <<연산자는 왼쪽 이동 연산자이고 >>는 오른쪽 이동 연산자이다. 쉬프트(shift)는 비트의 자리를 이동시킨다는 용어인데 이 연산자의 오른쪽에 적인 숫자의 자리수만큼 순차적으로 이동시킨다. 사용 문법은 var<<n (혹은 var>>n) 이며 변수 var을 n비트 좌측(혹은 우측)으로 이동시킨다.

비트들이 자리 이동을 하게 되면 밀려나서 버려지는 비트들이 있으며 반대로 채워야되는 자리가 생기게 되는데 두 가지 경우가 약간 차이가 있다. 먼저, 왼쪽으로 비트들을 이동시키는 << 연산자의 경우 비트들이 왼쪽으로 자리를 이동하게 되면 비는 공간을 0으로 채우게 되며 자리 이동으로 인해 밀려나가는 비트들은 모두 버려지게 된다.

반면, 오른쪽으로 비트들을 이동시키는 >>연산의 경우는 오른쪽으로 밀려나가는 비트들은 버려지지만 좌측에 생기는 빈 공간에는 부호가 없는 데이터형이면 0으로, 반대로 부호가 있는 데이터형은 부호를 유지시키기 위해서 원래 변수 값의 최상위비트(MSB)로 채운다. (주의할 것)

 예를 들어 (unsigned char) ucx=5 라면 ucx<<= 2 명령에 의해 원래 (0b00000101)이 (0b00010100) 십진수로 20이 된다. 왼쪽으로 쉬프트는 2를 곱하는 효과가 있으므로 2번 쉬프트하면 4를 곱한 효과가 난다.

반대로 ucx>>=2 는 결과값이 (0b00000001)이 된며 오른쪽으로 쉬프트하는 것은 2로 나눈 효과가 있게 된다. 이 경우 ucx변수가 부호가 없는 데이터형이기 때문에 최상위비트는 0으로 채워진다.

 만약 부호가 있는 데이터형 변수 (char) ca=-2 이라면 2진수로 표현하면 0b11111110 이다. 이것을 cA>>=1 연산을 한 결과는 0b11111111이 된다 (십진수로는 –1이다.). 이 경우는 부호가 있는 데이터형이기 때문에 최상위 비트가 원래 부호비트값인 1로 채워지는 것이다.

 다음 예제를 입력하고 결과를 확인해 보자.

이진수로는 0b00000101, 0b00101000, 0b00000010 에 각각 해당된다.

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 bitwise - not 연산자 ~ 는 단항 연산자로 각 비트를 반전(toggle)시킨다. 즉 1은 0으로, 0은 1로 바꾼다.

표 3.5.4 비트not연산

이 연산은 전체 비트에 대해서 수행된다. 예를 들면 다음과 같다.

 다음 예제는 위의 네 가지 비트 연산(&, |, ^, ~)을 수행한 결과를 16진수로 보여주는 예제이다. 전 절에서도 소개한 바와 같이 printf()함수에서 정수를 16진수로 표시하는 서식 문자는 ‘%x’이다. 연습을 위해서 16진수 하나하나를 이진수로 바꾼 다음 손으로 연산을 수행해 보기를 권한다.

여기에서 typedef 명령에 의해서 unsigned char 형은 uchar 로 줄여서 사용할 수 있다. 즉, main()함수 내의 uchar 은 unsigned char 와 같다.

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 비트 xor 연산자(^)는 두 피연산자의 같은 위치의 비트끼리 xor 연산을 수행한다. 두 비트의 xor 연산은 두 비트가 서로 다른 경우에는 1, 같은 경우는 0이다. 그 진리표는 다음 표와 같다.

[표 1] 비트 xor 연산

두 비트의 연산은 이해하기 쉬우나 세 개 이상의 비트들에 대해서 xor 연산을 수행하면 결과가 어떻게 될지 예측하기는 쉽지 않다. 다음 표에 세 비트의 xor 결과를 기록하였다.

[표 2] 세 비트의  xor 연산

일반적으로 n개 비트들의 xor 결과는 1의 개수가 홀수 개이면 1, 짝수 개이면 0이다. 위의 두 표에서도 이 규칙이 적용되므로 확인해 보기 바란다.

 다음 예제로 xor 연산 결과를 살펴보자.

이제 변수 ucZ에 저장되는 값은 다음과 같이 계산된다.

 이 bit-xor 연산을 이용하면 원하는 비트를 반전시키는데(toggle) 응용할 수 있다. 만약 어떤 데이터에서 상위 4비트는 그대로 유지하고 하위 4비트만을 반전시키고자 하면 다음과 같이 한다.

위의 예에서 보면 0x0f(=0b00001111)과 xor연산을 취하면 하위 4비트만 반전됨을 알 수 있다. 상위 4비트는 원래 값을 유지한다. 그 결과로 uca변수에는 0xb5가 남는다.

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 두 피연산자의 or 연산은 같은 자리의 비트끼리의 or 연산을 전체 비트들에 대해서 수행하며 다음  표에 bitwise - or 연산을 정리하였다. 두 비트가 모두 0이어야 0이고 하나라도 1이라면 1이 된다.

[표 1] 비트 or 연산

앞의 경우와 같은 예제를 살펴보자.

이제 변수 ucz에 저장되는 값은 다음과 같이 계산된다.

이 결과를 보면 같은 위치의 비트끼리 bit-or 연산을 취한 결과가 얻어진다는 것을 알 수 있다.

 여기서 소개한 bitwise-or 연산자는 특정 비트를 강제로 1로 만들고 싶을 때도 많이 사용된다. 예를 들어 ucm변수가 1바이트값 0x2A라고 했을 때 3번, 4번, 7번 비트만 1로 강제로 만들고 싶다면 다음과 같이 하면 된다.

여기서 0x98은 이진수로 0b10011000 이고 3번, 5번, 7번 비트만 1, 나머지는 0인 수이다. 이것과 ucm을 or 연산을 한 결과는 3번, 5번, 7번 비트만 무조건 1로 만들고 나머지는 그대로 놔둔 수를 얻게 된다.

이렇게 특정한 비트를 1로 강제로 변환시키는 연산도 마스킹(masking)이라고 한다.

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 두 피연산자의 and연산은 같은 자리의 비트끼리 전체 비트들에 대해서 수행하며 [표 1]에 AND연산을 정리하였다. 두 비트가 모두 1이어야 1이고 하나라도 0이라면 0이다.

[표 1] 비트-and 연산

예를 들면 다음과 같다.

이 경우 변수 ucz에 저장되는 값은 다음과 같이 계산된다.

이 그림에서 보듯이 (unsigned) char형 변수는 보통 최하위 비트를 0번으로 해서 1번, 2번, ...  , 7번 비트까지 있으며 각각 b0, b1, b2, … , b7이라고 표시한다. 변수의 가장 하위 비트를 LSB (least significant bit), 가장 상위비트를 MSB (most significant bit)라고 한다. 이 경우는 8비트 연산이지만 16비트(short)나 32비트(long) 연산도 원리는 동일하다. 즉, 같은 위치의 비트끼리 and연산을 취하는 것이다.

 다음과 같은 경우에도 and연산이 사용된다. 만약 어떤 데이터 값에서 상위 4비트는 그대로 유지하고 하위 4비트만을 0으로 만들고 싶다면 어떻게 해야 할까.

위의 예에서 보면 0xF0(=0b11110000)과 and연산을 취하면 그러한 동작이 일어남을 알 수 있다. 그 결과로 uca변수에는 0xB0가 남는다. 즉 상위 4비트는 그대로 유지하면서 하위 4비트는 0으로 바뀐다. 이러한 연산을 마스킹(masking)이라고 한다.

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 비트 연산자는 피연산자의 같은 자리에 있는 비트끼리의 연산을 수행한다. 마이크로콘트롤러(아두이노 등) 프로그래밍에서는 특정 레지스터의 비트값을 조작해야 하는 일이 매우 빈번하기 때문에 비트 연산에 대해서는 자세히 알아두는 것이 좋다. 사실 PC와 같은 환경에서는 비트 연산이 그리 유용하지 않으나 마이크로콘트롤러 프로그래밍에서는 그렇지 않다는 것을 실제로 실습을 진행해 보면 알게 될 것이다.

 다음 표에 비트 연산자의 종류와 동작에 대해서 정리하였다.

표 3.6.1 비트연산자의 종류

비트 연산자는 정수형 데이터(char, int, short, long, long long 과 각각의 unsigned형)에만 적용되며 실수형 (float, double, long double)에는 사용하지 않는다는 것에 주의해야 한다.

 이항 연산인 & (and), | (or), ^ (xor) 세 연산자의 경우 비트 연산은 데이터의 같은 위치에 있는 비트끼리 연산이 이루어진다는 사실을 숙지해야 한다. 또한 연산 기호가 논리 연산자(&&, ||, ~)와 비슷해서 혼동하기 쉬우니 주의해야 한다.

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3.8 대입연산자    [doc]    [smts]

대입 연산자 “=”는 두 개의 피연산자를 갖는 이항 연산자이다. 연산식에서 우변에서 구해진 값을 좌변의 변수에 저장하는 역할을 한다. 대입연산자는 아래 [표 1]에 보인 바와 같이 여러 가지 종류가 있다. 단순 대입연산자 ‘=’와 관계연산자 ‘==’는 확실히 구분해야 함은 다시 한 번 강조한다.