비밀

이진 숫자는 결국 CPU나 RAM의 트랜지스터에 직접 대응하며, 각 트랜지스터가 "켜짐"인지 "꺼짐"인지를 나타내요.

흔히 "bit-twiddling"이라고 부르는 저수준 조작은 시스템 언어에서 특히 중요해요.

Julia 같은 고수준 언어는 보통 이런 세부 사항 대부분을 추상화해요. 하지만 기본 언어에는 다양한 비트 수준 연산이 마련되어 있어요.

참고: REPL에서 사람이 읽을 수 있는 이진 출력을 보려면, 아래 예제의 거의 모두를 bitstring() 함수로 감싸야 해요. 이렇게 하면 시각적으로 산만해져서, 이 함수를 대부분의 예제에서 생략했어요.

비트 시프트 연산

정수 타입은 부호가 있든 없든 1과 0의 문자열로 나타낼 수 있어요.

julia> bitstring(UInt8(5))
"00000101"

비트 시프트는 모든 비트를 지정한 위치 수만큼 왼쪽이나 오른쪽으로 옮기기만 해요. UInt 타입에서는 한쪽 끝에서 비트 몇 개가 빠져나가고, 다른 쪽 끝은 0으로 채워져요.

julia> ux::UInt8 = 5
5

julia> bitstring(ux)
"00000101"

julia> ux << 2 # left by 2
"00010100"

julia> ux >> 1 # right by 1
"00000010"

왼쪽 시프트를 할 때마다 값이 두 배가 되고, 오른쪽 시프트를 할 때마다 값이 절반이 돼요(버림이 발생할 수 있어요). 이는 십진수로 나타내면 더 분명해요.

julia> 3 << 2
12

julia> 24 >> 3
3

이런 비트 시프트는 "제대로 된" 산술 연산보다 훨씬 빨라서, 저수준 코딩에서 아주 인기 있는 기법이에요.

부호 있는 정수의 경우에는 조금 더 조심해야 해요.

왼쪽 시프트는 비교적 간단해요.

julia> sx = Int8(5)
5

julia> sx # positive integer
"00000101"

julia> sx << 2
"00010100"

julia> -sx # negative integer
"11111011"

julia> -sx << 2
"11101100"

따라서 양수 부호 있는 정수의 왼쪽 시프트는 부호 없는 정수와 같아요.

음수 값은 2의 보수 형태로 저장되는데, 이는 가장 왼쪽 비트가 1이라는 뜻이에요. 왼쪽 시프트에는 문제가 없지만, 오른쪽 시프트를 할 때는 가장 왼쪽 비트를 어떻게 채워야 할까요?

julia> sx >> 2 # simple for positive values!
"00000001"

julia> -sx # negative integer
"11111011"

julia> -sx >> 2 # pad with repeated sign bit
"11111110"

julia> -sx >>> 2 # pad with 0
"00111110"

>> 연산자는 부호 비트를 보존하는 산술 시프트를 수행해요.

>>> 연산자는 숫자가 부호 없는 것처럼 0으로 채우는 논리 시프트를 수행해요.

비트 논리

이전 개념에서 &&(and), ||(or), !(not) 연산자가 불리언 값과 함께 쓰인다는 것을 봤어요.

두 정수의 비트를 비교할 때는 이에 대응하는 연산자인 &(비트 AND), |(비트 OR), ~(물결표, 비트 NOT)를 사용해요.

julia> 0b1011 & 0b0010 # bit is 1 in both numbers
"00000010"

julia> 0b1011 | 0b0010 # bit is 1 in at least one number
"00001011"

julia> ~0b1011 # flip all bits
"11110100"

julia> xor(0b1011, 0b0010) # bit is 1 in exactly one number, not both
"00001001"

여기서 xor()는 함수로 사용되는 배타적 논리합이에요.