「ダブルチルダ」(~~)演算子とは？ JavaScriptにおけるビット演算の基礎

JavaScriptにおける「ダブルチルダ」(~~)演算子

JavaScriptの「ダブルチルダ」(~~)演算子は、ビット反転演算子と呼ばれ、オペランドのビットを反転させ、符号を反転させた値を1引いた値を返します。主に、整数のビット演算で使用されます。

ビット反転とは、各ビットの値を反対にする操作です。例えば、8ビットのバイナリ数 00110101 に対してビット反転を行うと、11001010 になります。

符号反転とは、負数の場合は符号をプラスに、正数の場合は符号をマイナスに変換する操作です。

1引くとは、ビット反転と符号反転を行った結果から1を引く操作です。

つまり、~~演算子は、オペランドのビットを反転させ、符号を反転させ、さらに1を引いた値を返す演算子と言えるでしょう。

~~演算子の使い方

~~演算子は、数値リテラルや変数に適用できます。

例えば、以下のコードは、変数 num の値をビット反転させ、符号を反転させ、さらに1を引いた値をコンソールに出力します。

let num = 10;
console.log(~num); // -11

また、~~演算子は、ビットマスクと組み合わせて使用することもできます。

let num = 15;
let mask = 15; // 00001111
console.log(num & mask); // 1111
console.log(~(num & mask)); // -12

~~演算子の注意点

• ~~演算子は、整数値にのみ適用できます。浮動小数点値には適用できません。
• ~~演算子は、ビット演算なので、オペランドが32ビット整数をオーバーフローする可能性があります。オーバーフローすると、誤った結果が返されます。
• ~~演算子は、符号付き整数と符号なし整数の両方で使用できますが、符号反転の効果は符号付き整数でのみ発生します。符号なし整数の場合、ビット反転のみが行われます。

~~演算子の例

以下に、~~演算子の具体的な例をいくつか示します。

• 符号反転

let num = -5;
console.log(~num); // 4

• ビットマスクと組み合わせての使用

let num = 17;
let mask = 8; // 00001000
console.log(num & mask); // 8
console.log(~(num & mask)); // -7

• 32ビット整数オーバーフロー

let num = 2147483647; // 最大32ビット整数
console.log(~num); // -2147483648

このように、~~演算子は、整数のビット演算を行う際に便利な演算子です。しかし、注意点も理解した上で使用することが重要です。

~~演算子は、JavaScriptにおけるビット演算の重要な演算子の一つです。整数のビットを反転させ、符号を反転させ、さらに1を引いた値を返す演算子として理解しておきましょう。

JavaScriptにおける「ダブルチルダ」(~~)演算子のサンプルコード

符号反転

let num1 = 10; // 正の整数
let num2 = -5; // 負の整数

console.log(~num1); // -11 (ビット反転、符号反転、1引く)
console.log(~num2); // 4  (ビット反転、符号反転、1引く)

ビットマスクと組み合わせての使用

let num = 17; // 10001
let mask = 8;   // 1000

console.log(num & mask); // 8 (ビットマスク)
console.log(~(num & mask)); // -7 (ビットマスク、ビット反転、符号反転、1引く)

32ビット整数オーバーフロー

let num = 2147483647; // 最大32ビット整数

console.log(~num); // -2147483648 (ビット反転、符号反転、1引く)

論理否定との違い

let num = 10;

console.log(~num); // -11 (ビット反転、符号反転、1引く)
console.log(!num); // false (論理否定)

解説

• 上記のコード例では、~~演算子のさまざまな使い方を демонстриしています。
• 符号反転、ビットマスクとの組み合わせ、32ビット整数オーバーフローなど、~~演算子のさまざまな動作を確認できます。
• 論理否定演算子 ! との比較も行っています。~~演算子はビット演算を行い、論理否定演算子は論理演算を行う点が異なります。

• サンプルコードはあくまでも例であり、状況に応じて自由に改変できます。
• ~~演算子は、ビット演算を理解している場合にのみ使用することをお勧めします。
• ビット演算の詳細については、JavaScriptのマニュアルやリファレンスを参照してください。

JavaScriptにおける「ダブルチルダ」(~~)演算子の代替方法

~~演算子は、整数のビット演算を行う際に便利な演算子ですが、状況によっては他の方法で置き換えることも可能です。

ビット反転と符号反転を別々に実行

let num = 10;

// ビット反転
let reversedBits = ~num;

// 符号反転
let invertedSign = -num;

// 1引く
let result = reversedBits + invertedSign - 1;

console.log(result); // -11

• 上記のコードでは、~~演算子の機能を個別に再現しています。
• ビット反転、符号反転、1引くという3つの操作を別々に実行することで、~~演算子と同じ結果を得ています。
• この方法は、~~演算子の内部動作を理解したい場合に役立ちます。

ビットマスクと論理演算を使用してビットを反転

let num = 17; // 10001

// ビットマスク
let mask = 0; // 00000
let count = 0;

while (num > 0) {
  // 最下位ビットを抽出
  let bit = num & 1;

  // ビットを反転
  bit = !bit;

  // ビットマスクに設定
  mask |= bit << count;

  // カウントアップ
  count++;

  // 右シフト
  num >>>= 1;
}

// 1引く
let result = mask - 1;

console.log(result); // -7

• 上記のコードでは、ビットマスクと論理演算を使用して、ビットを反転しています。
• ビットマスクを操作することで、各ビットを個別に反転することができます。
• この方法は、~~演算子よりも複雑ですが、より柔軟なビット演算が可能になります。

ビット演算ライブラリを使用

// ビット演算ライブラリのインポート
const bitwise = require('bitwise');

let num = 17; // 10001

// ビット反転
let reversedBits = bitwise.not(num);

// 1引く
let result = reversedBits - 1;

console.log(result); // -7

• 上記のコードでは、ビット演算ライブラリを使用して、~~演算子の機能を実現しています。
• ビット演算ライブラリを使用すると、~~演算子よりも簡潔にコードを書ける場合があります。
• ただし、ライブラリのインストールやインポートが必要となります。

それぞれの方法の比較

それぞれの方法のメリットとデメリットを理解した上で、適切な方法を選択することが重要です。