[Python] 비트 연산

이번 포스트에서는 사람이 사용하는 사칙연산(+, *, /, -)이 아닌, 컴퓨터가 사용하는 연산인 "비트 연산"을 이해해볼 것입니다.

 

컴퓨터의 CPU는 0과 1로 다루어 동작되며, 내부적으로는 비트 연산을 사용하여 덧셈, 뺄셈, 곱셈 등을 계산합니다.

이러한 비트 연산을 파이썬에서 사용하기 위해 비트 연산자와 그 기능에 대해 알아보도록 해요!

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비트 연산자의 종류

1. AND (&)
2. OR (|)
3. XOR (^) 
4. NOT (~) 
5. Shift (<<, >>)

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AND 연산자 (&)

AND 연산자는 두 비트가 모두 1일 때만 결과가 1이 되며, 그 외의 경우에는 0이 됩니다.

a = 0b1101  # 13
b = 0b1011  # 11
result = a & b  # 0b1001 (9)

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OR 연산자 (|)

OR 연산자는 두 비트 중 하나라도 1이면 결과가 1이 되며, 둘 다 0일 때만 결과가 0이 됩니다.

a = 0b1101  # 13
b = 0b1011  # 11
result = a | b  # 0b1111 (15)

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XOR 연산자 (^)

XOR 연산자는 두 비트가 서로 다를 때 1이 됩니다.

즉, 하나는 0이고 다른 하나는 1일 때 결과가 1이 됩니다.

a = 0b1101  # 13
b = 0b1011  # 11
result = a ^ b  # 0b0110 (6)

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NOT 연산자 (~)

NOT 연산자는 단항 연산자로, 해당 비트를 반전(1을 0으로, 0을 1로)시킵니다.

a = 0b0100  # 4
result = ~a  # 0b1101 (-5)

 

여기서 ~a의 결과는 반전된 비트를 이진수로 표현한 것이며, 이는 2의 보수법을 사용하여 -5로 해석됩니다.

 

이 부분은 2의 보수에 대한 이해가 필요하므로, 자세한 내용은 아래 포스트를 참고하세요!

[Python] 컴퓨터가 음수를 관리하는 방법 (2의 보수)

[Python] 컴퓨터가 음수를 관리하는 방법 (2의 보수)

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Shift 연산자 (<<, >>)

쉬프트 연산자는 비트들을 좌우로 이동시키는 연산자입니다.

• 왼쪽 시프트 (<<): 비트를 왼쪽으로 이동시키며, 오른쪽에 빈자리는 0으로 채워집니다.
• 오른쪽 시프트 (>>): 비트를 오른쪽으로 이동시키며, 왼쪽에 빈자리는 부호 비트로 채워집니다.

a = 0b1101  # 13
result_left = a << 2  # 결과는 0b110100 (52)
result_right = a >> 2  # 결과는 0b0011 (3)

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비트 연산의 응용

1. 1 << n

• 2^n의 값을 갖는다.
• 임베디드 분야에서 계산을 빠르게 하기 위해 사용된다.

 

2. i & (1 << n)

• i의 n번째 비트가 1인지 아닌지 확인