파이썬 연산자 : 비트 연산자 알기 쉽게 정리!

 

 

 

비트 연산자(Bitwise Operators)는 컴퓨터 내부에서 이진수(0과 1) 단위로 연산을 수행하는 연산자를 의미합니다. 비트 연산은 데이터 처리 속도가 빠르고, 메모리를 효율적으로 사용할 수 있어 저수준 프로그래밍에서 중요한 역할을 합니다. 특히 파이썬에서는 비트 연산자를 활용하여 최적화된 연산을 수행할 수 있습니다.

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1. 비트(bit)란

• 비트(bit)는 binary digit의 약자로, '0'과 '1' 두 가지 값만을 가지는 최소 단위의 정보입니다. 즉, 컴퓨터가 데이터를 처리하는 가장 기본적인 단위가 비트입니다.
  • 8개의 비트(bit)가 모이면 1바이트(byte)가 됩니다.
  • 1바이트는 일반적으로 한 개의 문자를 저장하는 데 사용됩니다.
  • 여러 개의 바이트가 모여 킬로바이트(KB), 메가바이트(MB), 기가바이트(GB) 등의 단위를 형성합니다.

2. 이진수(Binay)

• 이진수(binary number)는 '0'과 '1'만을 사용하여 숫자를 표현하는 체계입니다. 이는 우리가 일반적으로 사용하는 10진수(decimal)와는 다른 수 체계입니다.
• 파이썬에서는 bin() 함수를 사용하여 10진수를 2진수로 변환할 수 있습니다.

num_a = bin(a)
print(num_a)

num_b = bin(b)
print(num_b)

[출력 값]
num_a : 0b110
num_b : 0b101

참고: 파이썬에서 이진수를 나타날 때, 0b(zero-b)를 앞에 붙여 표현합니다.

 

* 이진수에 대한 자세한 설명은 아래 링크를 참조해 주시기 바랍니다.

2025.01.31 - [데이터 분석 관련] - 2진수와 10진수 : 개념부터 변환 방법, 그리고 2진수의 음수 표현

2진수와 10진수 : 개념부터 변환 방법, 그리고 2진수의 음수 표현

3. 비트 연산자

• 비트 연산자는 이진수로 표현된 숫자에 대해 비트 단위의 연산을 수행하는 연산자입니다.
• 주요 비트 연산자느 다음과 같습니다.

연산자	의미	설명
&	AND	두 비트가 모두 1이면 1을 반환
|	OR	둘 중 하나라도 1이면 1을 반환
^	XOR	두 비트가 서로 다르면 1을 반환
~	NOT	비트를 서로 반전
<<	Left Shift	N칸 왼쪽 비트로 이동
>>	Right Shift	N칸 오른쪽 비트로 이동

1) & (AND)

• 두 비트 모두 1일 때, 1을 반환합니다.

# 예제
a = 6  # 이진수: 110
b = 5  # 이진수: 101
print(a & b)

# 결과값
4  # 이진수: 100

a = 6	b = 5	a & b = 4
1	1	1
1	0	0
0	1	0

2) | (OR)

• 둘 중 하나가 1일 때, 1을 반환합니다.

# 예제
a = 6  # 이진수: 110
b = 5  # 이진수: 101
print(a | b)

# 결과값
7  # 이진수: 111

a = 6	a = 5	a | b = 7
1	1	1
1	0	1
0	1	1

3) ^ (XOR)

• 두 비트가 서로 다르면, 1을 반환합니다.

# 예제
a = 6  # 이진수: 110
b = 5  # 이진수: 101
print(a ^ b)

# 결과값
3  # 이진수: 011

a = 6	b = 5	a ^ b = 3
1	1	0
1	0	1
0	1	1

4) ~ (NOT)

• 비트를 서로 반전시킵니다.

# 예제
a = 6  # 이진수: 00110
print(~a)

# 결과값
-7

비트의 ~(NOT) 연산 순서입니다.
1. 비트 반전 : ~(NOT)으로, 비트를 뒤집습니다.
2. 1의 보수 : 맨 앞 부호를 제외하고, 비트를 다시 뒤집습니다.(맨 앞 비트가 1일 경우에는, 음수임)
3. 2의 보수 : 맨 마지막 값에 1을 더해줍니다.
4. 10진수 변환 후 부호 붙이기 : 최종 2진수를 10진수로 변환한 후, 앞에 마이너스(-)를 붙여 음수값으로 표현해 줍니다.

 

• 비트 ~(NOT) 연산 순서에 따라 표로 설명한 것입니다.

a = 6	0	0	1	1	0
~a	1	1	0	0	1
~a(1의 보수)		0	1	1	0
~a(2의 보수)		0	1	1	1

• ~a(2의 보수)를 10진수로 변환하면, 7이 됩니다.
• 맨 앞 비트가 1이므로, -7이 최종 결과 값이 됩니다.

5) << (Left Shift)

• N칸 왼쪽 비트로 이동하며, 오른쪽 빈자리는 0으로 채웁니다.

# 예제
a = 6  # 이진수: 00110
print(a << 1)

# 결과값
12  # 이진수: 01100

a = 6	0	0	1	1	0
왼쪽으로 1칸씩 이동		↙	↙	↙
a << 1 = 12	0	1	1	0	0

6) >> (Right Shift)

• N칸 오른쪽 비트로 이동하며, 왼쪽 빈자리는 0으로 채웁니다.

# 예제
a = 6  # 이진수: 00110
print(a >> 1)

# 결과값
3  # 이진수: 00011

a = 6	0	0	1	1	0
오른쪽으로 1칸씩 이동		↘	↘	↘	↘
a >> 1 = 3	0	0	0	1	1

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이번 글에서는 비트 연산자에 대해 알아보았습니다. 비트 연산은 논리 연산뿐만 아니라 연산 속도를 최적화하고, 특정 비트 패턴을 다룰 대 유용하게 활용됩니다. 비트 연산을 활용하면 CPU가 연산을 더욱 효율적으로 처리할 수 있으며, 이는 고성능 데이터 처리, 암호화, 그래픽 처리 등 다양한 분야에서 유용하게 사용됩니다.

 

감사합니다:-)