비트 연산자

비트 연산자

정수를 비트 단위로 다루는 비트 연산자들을 살펴봐요. &, |, ^, ~, <<, >> 연산자가 어떻게 동작하는지 다룹니다.

출처: Bitwise Operators

본문

비트 연산자는 정수 안의 특정 비트들을 평가하고 조작할 수 있게 해줘요.

비트 연산자 (Bitwise Operators)

예제 이름 결과
$a & $b And $a와 $b 양쪽에서 켜진 비트가 켜집니다.
`$a $b` Or (배타적이지 않은 or)
$a ^ $b Xor (배타적 or) $a나 $b 중 한쪽에서만 켜진 비트가 켜집니다.
~ $a Not $a에서 켜진 비트는 꺼지고, 그 반대도 마찬가지입니다.
$a << $b 왼쪽 시프트 $a의 비트를 왼쪽으로 $b 단계 이동(각 단계는 "2로 곱하기").
$a >> $b 오른쪽 시프트 $a의 비트를 오른쪽으로 $b 단계 이동(각 단계는 "2로 나누기").

PHP에서 비트 시프트는 산술적(arithmetic)이에요. 어느 한쪽 끝에서 빠져나간 비트는 버려집니다. 왼쪽 시프트는 오른쪽에 0이 채워지면서 왼쪽으로는 부호 비트가 빠져나가요. 즉 피연산자의 부호는 보존되지 않습니다. 오른쪽 시프트는 왼쪽에 부호 비트의 복사본이 채워져서 피연산자의 부호가 보존돼요.

원하는 우선순위를 보장하려면 괄호를 사용하세요. 예를 들어 $a & $b == true는 동등 비교를 먼저 평가한 뒤 비트 AND를 수행하고, ($a & $b) == true는 비트 AND를 먼저 평가한 뒤 동등 비교를 수행해요.

&, |, ^ 연산자의 두 피연산자가 모두 문자열이면, 문자열을 이루는 문자의 ASCII 값에 대해 연산이 수행되고 결과도 문자열이 돼요. 그 외의 모든 경우에는 두 피연산자 모두 정수로 변환되고 결과도 정수입니다.

~ 연산자의 피연산자가 문자열이면 문자열을 이루는 문자의 ASCII 값에 대해 연산이 수행되고 결과도 문자열이에요. 그렇지 않으면 피연산자와 결과 모두 정수로 취급됩니다.

<<와 >> 연산자의 두 피연산자와 결과는 항상 정수로 취급돼요.

PHP의 error_reporting ini 설정은 비트 값을 사용하는데, 비트를 끄는 동작의 실제 사례를 보여줘요. 공지(notice)를 제외한 모든 오류를 표시하려면 php.ini 파일 지침에서 다음과 같이 쓰라고 합니다.

E_ALL & ~E_NOTICE

이건 E_ALL로 시작해서

00000000000000000111011111111111

E_NOTICE의 값을 가져온 다음

00000000000000000000000000001000

~를 통해 뒤집습니다.

11111111111111111111111111110111

마지막으로 AND(&)를 써서 두 값 모두에서 켜진 비트를 찾아냅니다.

00000000000000000111011111110111

이걸 달성하는 또 다른 방법은 XOR(^)로 둘 중 한 값에서만 켜진 비트를 찾는 거예요: E_ALL ^ E_NOTICE

error_reporting은 비트를 켜는 동작을 보여주는 데도 쓸 수 있어요. 오류와 복구 가능한 오류만 표시하는 방법은 다음과 같습니다: E_ERROR | E_RECOVERABLE_ERROR

이 과정은 E_ERROR

00000000000000000000000000000001

와

00000000000000000001000000000000

를 OR(|) 연산자로 결합해 어느 한 값에서든 켜진 비트를 얻습니다.

00000000000000000001000000000001

<?php
/*
 * Ignore the top section,
 * it is just formatting to make output clearer.
 */

$format = '(%1$2d = %1$04b) = (%2$2d = %2$04b)'
        . ' %3$s (%4$2d = %4$04b)' . "\n";

echo <<<EOH
 ---------     ---------  -- ---------
 result        value      op test
 ---------     ---------  -- ---------
EOH;

/*
 * Here are the examples.
 */

$values = array(0, 1, 2, 4, 8);
$test = 1 + 4;

echo "\n Bitwise AND \n";
foreach ($values as $value) {
    $result = $value & $test;
    printf($format, $result, $value, '&', $test);
}

echo "\n Bitwise Inclusive OR \n";
foreach ($values as $value) {
    $result = $value | $test;
    printf($format, $result, $value, '|', $test);
}

echo "\n Bitwise Exclusive OR (XOR) \n";
foreach ($values as $value) {
    $result = $value ^ $test;
    printf($format, $result, $value, '^', $test);
}
?>


 ---------     ---------  -- ---------
 result        value      op test
 ---------     ---------  -- ---------
 Bitwise AND
( 0 = 0000) = ( 0 = 0000) & ( 5 = 0101)
( 1 = 0001) = ( 1 = 0001) & ( 5 = 0101)
( 0 = 0000) = ( 2 = 0010) & ( 5 = 0101)
( 4 = 0100) = ( 4 = 0100) & ( 5 = 0101)
( 0 = 0000) = ( 8 = 1000) & ( 5 = 0101)

 Bitwise Inclusive OR
( 5 = 0101) = ( 0 = 0000) | ( 5 = 0101)
( 5 = 0101) = ( 1 = 0001) | ( 5 = 0101)
( 7 = 0111) = ( 2 = 0010) | ( 5 = 0101)
( 5 = 0101) = ( 4 = 0100) | ( 5 = 0101)
(13 = 1101) = ( 8 = 1000) | ( 5 = 0101)

 Bitwise Exclusive OR (XOR)
( 5 = 0101) = ( 0 = 0000) ^ ( 5 = 0101)
( 4 = 0100) = ( 1 = 0001) ^ ( 5 = 0101)
( 7 = 0111) = ( 2 = 0010) ^ ( 5 = 0101)
( 1 = 0001) = ( 4 = 0100) ^ ( 5 = 0101)
(13 = 1101) = ( 8 = 1000) ^ ( 5 = 0101)

<?php
echo 12 ^ 9, PHP_EOL; // Outputs '5'

echo "12" ^ "9", PHP_EOL; // Outputs the Backspace character (ascii 8)
                          // ('1' (ascii 49)) ^ ('9' (ascii 57)) = #8

echo "hallo" ^ "hello", PHP_EOL; // Outputs the ascii values #0 #4 #0 #0 #0
                                 // 'a' ^ 'e' = #4

echo 2 ^ "3", PHP_EOL; // Outputs 1
                       // 2 ^ ((int) "3") == 1

echo "2" ^ 3, PHP_EOL; // Outputs 1
                       // ((int) "2") ^ 3 == 1
?>

<?php
/*
 * Here are the examples.
 */

echo "\n--- BIT SHIFT RIGHT ON POSITIVE INTEGERS ---\n";

$val = 4;
$places = 1;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'copy of sign bit shifted into left side');

$val = 4;
$places = 2;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places);

$val = 4;
$places = 3;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'bits shift out right side');

$val = 4;
$places = 4;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'same result as above; can not shift beyond 0');

echo "\n--- BIT SHIFT RIGHT ON NEGATIVE INTEGERS ---\n";

$val = -4;
$places = 1;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'copy of sign bit shifted into left side');

$val = -4;
$places = 2;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'bits shift out right side');

$val = -4;
$places = 3;
$res = $val >> $places;
p($res, $val, '>>', $places, 'same result as above; can not shift beyond -1');

echo "\n--- BIT SHIFT LEFT ON POSITIVE INTEGERS ---\n";

$val = 4;
$places = 1;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'zeros fill in right side');

$val = 4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 4;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places);

$val = 4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 3;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'sign bits get shifted out');

$val = 4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 2;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'bits shift out left side');

echo "\n--- BIT SHIFT LEFT ON NEGATIVE INTEGERS ---\n";

$val = -4;
$places = 1;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'zeros fill in right side');

$val = -4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 3;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places);

$val = -4;
$places = (PHP_INT_SIZE * 8) - 2;
$res = $val << $places;
p($res, $val, '<<', $places, 'bits shift out left side, including sign bit');

/*
 * Ignore this bottom section,
 * it is just formatting to make output clearer.
 */

function p($res, $val, $op, $places, $note = '') {
    $format = '%0' . (PHP_INT_SIZE * 8) . "b\n";

    printf("Expression: %d = %d %s %d\n", $res, $val, $op, $places);

    echo " Decimal:\n";
    printf("  val=%d\n", $val);
    printf("  res=%d\n", $res);

    echo " Binary:\n";
    printf('  val=' . $format, $val);
    printf('  res=' . $format, $res);

    if ($note) {
        echo " NOTE: $note\n";
    }

    echo "\n\n";
}
?>


--- BIT SHIFT RIGHT ON POSITIVE INTEGERS ---
Expression: 2 = 4 >> 1
 Decimal:
  val=4
  res=2
 Binary:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000010
 NOTE: copy of sign bit shifted into left side

Expression: 1 = 4 >> 2
 Decimal:
  val=4
  res=1
 Binary:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000001

Expression: 0 = 4 >> 3
 Decimal:
  val=4
  res=0
 Binary:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000000
 NOTE: bits shift out right side

Expression: 0 = 4 >> 4
 Decimal:
  val=4
  res=0
 Binary:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000000
 NOTE: same result as above; can not shift beyond 0

--- BIT SHIFT RIGHT ON NEGATIVE INTEGERS ---
Expression: -2 = -4 >> 1
 Decimal:
  val=-4
  res=-2
 Binary:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=11111111111111111111111111111110
 NOTE: copy of sign bit shifted into left side

Expression: -1 = -4 >> 2
 Decimal:
  val=-4
  res=-1
 Binary:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=11111111111111111111111111111111
 NOTE: bits shift out right side

Expression: -1 = -4 >> 3
 Decimal:
  val=-4
  res=-1
 Binary:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=11111111111111111111111111111111
 NOTE: same result as above; can not shift beyond -1

--- BIT SHIFT LEFT ON POSITIVE INTEGERS ---
Expression: 8 = 4 << 1
 Decimal:
  val=4
  res=8
 Binary:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000001000
 NOTE: zeros fill in right side

Expression: 1073741824 = 4 << 28
 Decimal:
  val=4
  res=1073741824
 Binary:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=01000000000000000000000000000000

Expression: -2147483648 = 4 << 29
 Decimal:
  val=4
  res=-2147483648
 Binary:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=10000000000000000000000000000000
 NOTE: sign bits get shifted out

Expression: 0 = 4 << 30
 Decimal:
  val=4
  res=0
 Binary:
  val=00000000000000000000000000000100
  res=00000000000000000000000000000000
 NOTE: bits shift out left side

--- BIT SHIFT LEFT ON NEGATIVE INTEGERS ---
Expression: -8 = -4 << 1
 Decimal:
  val=-4
  res=-8
 Binary:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=11111111111111111111111111111000
 NOTE: zeros fill in right side

Expression: -2147483648 = -4 << 29
 Decimal:
  val=-4
  res=-2147483648
 Binary:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=10000000000000000000000000000000

Expression: 0 = -4 << 30
 Decimal:
  val=-4
  res=0
 Binary:
  val=11111111111111111111111111111100
  res=00000000000000000000000000000000
 NOTE: bits shift out left side, including sign bit


--- BIT SHIFT RIGHT ON POSITIVE INTEGERS ---
Expression: 2 = 4 >> 1
 Decimal:
  val=4
  res=2
 Binary:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000010
 NOTE: copy of sign bit shifted into left side

Expression: 1 = 4 >> 2
 Decimal:
  val=4
  res=1
 Binary:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

Expression: 0 = 4 >> 3
 Decimal:
  val=4
  res=0
 Binary:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 NOTE: bits shift out right side

Expression: 0 = 4 >> 4
 Decimal:
  val=4
  res=0
 Binary:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 NOTE: same result as above; can not shift beyond 0

--- BIT SHIFT RIGHT ON NEGATIVE INTEGERS ---
Expression: -2 = -4 >> 1
 Decimal:
  val=-4
  res=-2
 Binary:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111110
 NOTE: copy of sign bit shifted into left side

Expression: -1 = -4 >> 2
 Decimal:
  val=-4
  res=-1
 Binary:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
 NOTE: bits shift out right side

Expression: -1 = -4 >> 3
 Decimal:
  val=-4
  res=-1
 Binary:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
 NOTE: same result as above; can not shift beyond -1

--- BIT SHIFT LEFT ON POSITIVE INTEGERS ---
Expression: 8 = 4 << 1
 Decimal:
  val=4
  res=8
 Binary:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001000
 NOTE: zeros fill in right side

Expression: 4611686018427387904 = 4 << 60
 Decimal:
  val=4
  res=4611686018427387904
 Binary:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

Expression: -9223372036854775808 = 4 << 61
 Decimal:
  val=4
  res=-9223372036854775808
 Binary:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 NOTE: sign bits get shifted out

Expression: 0 = 4 << 62
 Decimal:
  val=4
  res=0
 Binary:
  val=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 NOTE: bits shift out left side

--- BIT SHIFT LEFT ON NEGATIVE INTEGERS ---
Expression: -8 = -4 << 1
 Decimal:
  val=-4
  res=-8
 Binary:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111000
 NOTE: zeros fill in right side

Expression: -9223372036854775808 = -4 << 61
 Decimal:
  val=-4
  res=-9223372036854775808
 Binary:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

Expression: 0 = -4 << 62
 Decimal:
  val=-4
  res=0
 Binary:
  val=1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
  res=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
 NOTE: bits shift out left side, including sign bit

경고: PHP_INT_MAX를 넘는 숫자에 대한 비트 연산은 gmp 확장의 함수들을 사용하세요.

참고

  • pack()
  • unpack()
  • gmp_and()
  • gmp_or()
  • gmp_xor()
  • gmp_testbit()
  • gmp_clrbit()

더 알아보기