3週目：ビット演算子

算術演算子，関係演算子，論理演算子などについては，演習1で学習してきた．本課題では，さらに，ビット演算子について学習する．画像の各画素に，&(AND)演算などのビット演算を施すことにより，各演算子の動作を理解する．

作業課題

  1. 先週作成したプロジェクトex4_2の中の　画像処理モジュール　img_proc.c　に，サンプルプログラム3に記載されている関数 ipBitMask を書き加えなさい． （関数ipBitMaskは画像の各画素の下位”6”ビットを0でマスクする処理を行う関数である．）
  2. img_proc.hに関数ipBitMaskのプロトタイプ宣言を書き加えなさい．
  3. main.c 内で　関数ipRotateImage　を呼び出している箇所を　関数ipBitMask　を呼び出すように書き換え，プログラムを実行後，どのような画像が出力されるか確かめなさい．

演習課題

以下の仕様を満たすプログラムを作成せよ．
コマンドプロンプトでの実行方法の例

> Z:
> cd (各自のディレクトリ)\ex4_2\Debug
> ex4_2.exe 0 img01.ppm result3.ppm

解説

(1)ビット演算子

ビット演算が適用できるのは整数(char, short, int, long)に限られる．整数であれば，signed(符号付き)でもunsigned(符号なし)でも良いが，結果を格納する変数の型によって，符号付きか符号なしかで結果が異なる場合がある点に注意する．

C言語で用意されているビット演算子は以下の６つである．

演算子 名称
& ビットごとのAND演算子　※
| ビットごとのOR演算子　※
^ ビットごとの排他的OR演算子　(XOR)
対応するビットが異なるときには1，同じときには0がセットされる．
<< 左シフト
空になる下位ビットには0が入る．
>> 右シフト
符号なし数の場合，上位ビットには0が入る．
符号付き数の場合，上位ビットには符号桁が入る．
~ 1の補数演算子 (単項演算子)
ビットを反転する．

※論理演算子の && や || とは違う点に注意する．

また，算術演算子(+，-，*，/)と同様に，複合代入演算の形(&=, |=, >>=　など)も利用できる．

下の表に具体例を挙げる．ここで，変数A，B，C，Dの型と初期値は以下の通りとする．

unsigned　char A = 113; (16進　0x71, 2進　0111 0001)
unsigned　char B = 15; (16進　0x0F,　2進　0000 1111)
char C = -64; (16進　0xC0,　2進　1100 0000)
char D = 0;

式
結果　(カッコ内は16進表記と10表記)
D = A & B
A: 0111 0001
B: 0000 1111
D: 0000 0001 (0x01，1)
D = A | B
A: 0111 0001
B: 0000 1111
D: 0111 1111 (0x7F，127)
D = A ^ B
A: 0111 0001
B: 0000 1111
D: 0111 1110 (0x7E，126)
D = B << 2
B: 0000 1111
D: 0011 1100 (0x3C，60)
2ビット左シフトすると4倍になる
D = A >> 3
A: 0111 0001
D: 0000 1110 (0x0E，14)
3ビット右シフトすると8分の1になる
D = C >> 3
 C: 1100 0000
D: 1111 1000 (0xF8，-8)
符号付き数である点に注意する
D = ~A
A: 0111 0001
D: 1000 1110 (0x8E，-114)
A >>= 2
 複合代入演算の例
A: 0111 0001←式の実行前
A: 0001 1100←式の実行後

A = 3, B = 33, C = -2のとき，上記の式の結果はそれぞれどのようになるか求めよ．終わったらTAに採点してもらうこと．

※演算子の優先順位と結合規則について，書籍やオンラインヘルプなどで確認し，よく理解しておくこと．

(2)プログラムの設計指針〜ビット演算と画像処理〜

説明用スライド　(授業用)　(印刷用)