[Swift] 고급 연산자(Advanced Operator)란? (feat. 비트연산자)

 

안녕하세요 Foma 💻 입니다!

 

오늘은 우연히 알고리즘 문제를 풀다가 '^=' 와 같은 연산자를 발견했는데, 정확히 어떤건지 모르겠더라구요.

 

찾아보니 해당 연산자는 Swift에서 고급 연산자로 분류해 놓았더라구요.

 

그래서 오늘은 Swift의 고급 연산자에 대해서 알아보려고 합니다.

 

바로 시작할게요~!

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UInt

 

우선 들어가기 전에 UInt에 대한 이해가 필요해요.

 

원래 Int는 정수 즉, 음수와 양수를 모두 가질 수 있었죠?

 

UInt는 이 중에서 양수만 가질 수 있습니다. (음수를 넣으면 컴파일 에러 발생)

 

범위로 보면  Int8 = -128...127 이고, UInt8 = 0...256,

 

Int16 = -322768...322767이고 UInt16 = 0...65535 입니다.

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정수형 변수에 비트값 입력하는 법

 

보통 정수형 변수에 값을 설정할 때 아래와 같이 정수를 넣잖아요?

 

var number:Int = 4

 

하지만 비트값을 넣어도 값을 설정할 수 있는데요.

 

방법은 앞에 0b를 붙여주고 비트값을 넣어주면 됩니다.

 

아래와 같이 4의 2진수는 100 이므로 0b100으로 설정해주시면 됩니다

 

 

var binaryNum:Int8 = 0b100
print(binaryNum) //4

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비트 연산자 NOT (Bitwise NOT Operator)

 

비트값(2진수)를 반대로 바꿔준다고 생각하면 됩니다. (0은 1으로 1은 0으로)

 

기호는 '~'를 사용하면 됩니다.

 

ex) ~00001111 -> 11110000

 

 

let binaryNum:UInt8 = 0b00001111
let notBinaryNum:UInt8 = ~binaryNum //11110000
print(binaryNum,notBinaryNum) //15 240

 

UInt가 아닌 Int를 사용할 경우 x = (-x)-1의 공식으로 변환된다.

 

var number = 4
print(~number) //-5 (-4)-1

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비트 연산자 AND (Bitwise AND Operator)

 

두 비트값을 서로 비교해 같다면 1 아니면 0으로 바꿔줍니다.

 

기호는 '&' 를 사용해 줍니다.

 

ex) 11111100 & 00111100 -> 00111111

 

 

let binaryNum1: UInt8 = 0b11111100
let binaryNum2: UInt8  = 0b00111111
let addBinaryByAndOperator = binaryNum1 & binaryNum2
print(addBinaryByAndOperator) //60 00111100

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비트 연산자 OR (Bitwise OR Operator)

 

두 비트값을 비교해 하나라도 1이면 1이 되고 둘 다 0일 때 0으로 바꿔줍니다.

 

기호는 '|' 를 사용해 줍니다.

 

ex) 10110010 | 11111110 -> 0101110

 

 

let binaryNum1: UInt8 = 0b10110010
let binaryNum2: UInt8 = 0b01011110
let addBinaryByOrOperator = binaryNum1 | binaryNum2
print(addBinaryByOrOperator) //254 01011110

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비트 연산자 XOR (Bitwise XOR Operator)

 

두 비트값을 비교해 두 비트가 다르면 1 같으면 0이 됩니다.

 

ex) 00010100 ^ 00010001 -> 00000101

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양수(UInt)의 시프팅 (Shifting Behavior for Unsigned Integers)

 

원하는 만큼 왼쪽이나 오른쪽으로 비트값을 이동한다고 보면 됩니다.

 

단, 오른쪽이나 왼쪽으로 범위가 넘어가면 0으로 대체됩니다.

 

기호는 왼쪽으로 이동할 땐 '<<' 오른쪽으로 이동할 땐 '>>' 을 사용합니다.

 

ex) 11111111 << 1 -> 11111110, 11111111 >> 1 -> 01111111

 

 

let binaryNum: UInt8 = 0b00000100
print(binaryNum << 1)// 8 00001000
print(binaryNum << 2)// 16 00010000
print(binaryNum << 5)// 128 10000000
print(binaryNum << 6)// 0 00000000
print(binaryNum >> 2)// 1 00000001

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정수의 비트값

 

정수형으로 선언하게 되면 음수를 포함하는 것이기 때문에 위에서 비트값과 약간 다르게 바뀐다.

 

맨 앞자리가 0이라면 양수를 뜻하고 1이라면 음수를 뜻하며 1자리가 줄게 된다.

 

예를 들어 00000100이 있다면 맨 앞자리가 1이므로 으무를 뜻하고 실제 값은 맨 앞자리를 뺀 0000100이 된다.

 

 

그렇다면 10000100은 맨 앞자리가 1이므로 음수이고 0000100은 4이기 때문에 -4를 의미하는 것일까?

 

1일 때는 음수인 것을 표현하는 건 맞지만 계산하는 방법이 조금 다르다.

 

아래와 같이 11111100이 -4를 뜻하게 된다. 

 

맨 앞자리를 빼면 1111100이 되고 이것은 124를 뜻하는데 왜 -124가 아닌 -4일까?

 

그 이유는 음수일 땐 비트값에서 자릿수만큼 2의 제곱의 값을 뺀 값이 해당 값이 된다.

 

위의 11111100에서 맨 앞자리는 음수와 양수를 표현하므로 제외한다.

 

그럼 1111100으로 124가 되고, 이것은 7자리이므로 2^7 = 128이 된다.

 

즉, 124에서 128을 뺀 값인 -4가 되는 것이다.

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정수(Int)의 시프팅 (Shifting Behavior for Unsigned Integers)

 

양수인지 정수인지를 뜻하는 맨 첫번째값이 유지되고 오른쪽이나 왼쪽으로 이동하게 된다.

 

 

 

let binaryNum: Int8 = 0b00000100
print(binaryNum << 1)// 8 00001000
print(binaryNum << 2)// 16 00010000
print(binaryNum << 5)// -128 <= 0-128 10000000
print(binaryNum << 6)// 0 00000000
print(binaryNum >> 2)// 1 00000001

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오버플로우 연산자 (Overflow Operators)

 

아래와 같이 범위를 넘어서게 되면 overflow 에러가 발생하게 된다.

 

 

 

에러가 생기지 않고 그냥 순환을 하게 하면 안될까?

 

 

 

그 방법이 바로 오버플로우 연산자인 '&'을 쓰는 것이다.

 

즉, 최댓값이 넘어서게 되면 최솟값에 이어서 추가가 되고 최솟값보다 더 작아지면 최댓값에 이어서 빼는 것이다.

 

Int8의 범위는 -128...127이다.

 

최댓값인 127에 오버플로우 연산자를 사용해서 +1을 하게 되면 최솟값인 -128이 되고

 

var number:Int8 = 127
number &+= 1
print(number) //-128

 

최솟값인 -128에 오버플로우 연산자를 사용해서 -1을 하게 되면 최댓값인 127이 된다.

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오늘은 이렇게 Swift의 고급 연산자를 알아보았는데요.

 

비트와이즈 연산자를 이용하면 기존의 알고리즘을 해결할 때 공간 복잡도나 시간 복잡도 측면에서 꽤 효율적으로 사용될 거라고 생각했고,

 

오버플로우 연산자는 컴파일 에러를 해결하는데 유용하게 사용할 것 같습니다.

 

혹시라도 틀린 점이나 궁금한 점이 있다면 댓글로 알려주세요!

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Reference

 

https://jusung.gitbook.io/the-swift-language-guide/language-guide/26-advanced-operators

고급 연산자 (Advanced Operators) - The Swift Language Guide (한국어)