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【Java】ビット演算子の使い方！仕組みから実用的なフラグ管理まで

【Java】ビット演算子の使い方！仕組みから実用的なフラグ管理まで Java

Javaプログラミングにおいて、普段あまり意識することのない「ビット演算」。

「1と0の世界の話でしょ？」
「普通のアプリ開発では使わないのでは？」

このように思われがちですが、実はデータベースのフラグ管理や、パフォーマンスが要求される計算処理、画像処理などの分野では必須の技術です。

また、& と && の違いや、>> と >>> の違いなど、Java特有の細かいルールを理解していないと、思わぬバグを引き起こす原因にもなります。

この記事では、Javaにおけるビット演算子の基本的な使い方から、論理演算子との違い、そして実務で役立つ「ビットフラグ」の活用テクニックまで、サンプルコード付きで徹底解説します。

【本記事の信頼性】
プロフィール
執筆者：マヒロ
  • 執筆者は元エンジニア
  • SES⇒大手の社内SE⇒独立
  • 現在はこじんまりとしたプログラミングスクールを運営
  • モットーは「利他の精神」

ビット演算とは？論理演算子との違い

ビット演算とは、整数データを「2進数（0と1の並び）」として扱い、ビット単位で計算を行う処理のことです。

コンピュータの内部構造に直接働きかけるため、非常に高速に処理できるという特徴があります。

ビット演算子と論理演算子の違い

Javaには & や | といった演算子がありますが、これらは条件式（if文）で使う && や || とは明確に異なります。

  • 論理演算子 (&&, ||)：boolean 型（true/false）に対して使い、条件判定を行う。「短絡評価（左側だけで結果が決まれば右側を評価しない）」が行われる。
  • ビット演算子 (&, |, ^ など)：整数型（int, longなど）に対して使い、ビットごとの演算を行う。短絡評価は行われない。

Javaで使えるビット演算子の一覧と使い方

Javaで利用可能な主要なビット演算子を紹介します。
それぞれの動作を理解するために、具体的なコードと実行結果を見ていきましょう。

1. AND演算子（&）：論理積

両方のビットが「1」のときだけ「1」になります。
「特定のビットだけを取り出す（マスク処理）」際によく使われます。

public class BitwiseAndExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 0b1010; // 10進数で10
        int b = 0b1100; // 10進数で12

        // 1010
        // 1100
        // ---- (&)
        // 1000 -> 10進数で8
        int result = a & b;

        System.out.println("10 & 12 = " + result);
        System.out.println("2進数表記: " + Integer.toBinaryString(result));
    }
}

実行結果

10 & 12 = 8
2進数表記: 1000

0b という接頭辞をつけることで、2進数リテラルとして記述できます。

a と b の各ビットを比較し、両方が 1 の場所（最上位ビット）だけが 1 になっています。

2. OR演算子（|）：論理和

どちらか一方でも「1」であれば「1」になります。
「特定のビットをONにする（フラグを立てる）」際によく使われます。

public class BitwiseOrExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 0b1010; // 10
        int b = 0b1100; // 12

        // 1010
        // 1100
        // ---- (|)
        // 1110 -> 10進数で14
        int result = a | b;

        System.out.println("10 | 12 = " + result);
        System.out.println("2進数表記: " + Integer.toBinaryString(result));
    }
}

実行結果

10 | 12 = 14
2進数表記: 1110

3. XOR演算子（^）：排他的論理和

ビットが異なるときに「1」、同じときに「0」になります。
「特定ビットの反転」や「暗号化の基礎」として利用されます。

public class BitwiseXorExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 0b1010; // 10
        int b = 0b1100; // 12

        // 1010
        // 1100
        // ---- (^)
        // 0110 -> 10進数で6
        int result = a ^ b;

        System.out.println("10 ^ 12 = " + result);
        System.out.println("2進数表記: " + Integer.toBinaryString(result));
    }
}

実行結果

10 ^ 12 = 6
2進数表記: 110

4. NOT演算子（~）：ビット反転

すべてのビットを反転させます（0を1に、1を0に）。これは単項演算子です。

public class BitwiseNotExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10; // 00...001010
        
        // ビット反転（補数表現になるため、値は -11 になる）
        int result = ~a;

        System.out.println("~10 = " + result);
        // 上位ビットも含めて表示される
        System.out.println("2進数表記: " + Integer.toBinaryString(result));
    }
}

実行結果

~10 = -11
2進数表記: 11111111111111111111111111110101

5. シフト演算子（<<, >>, >>>）

ビット列を左右にずらす演算です。掛け算や割り算の高速化に使われます。

  • 左シフト (<<): ビットを左にずらし、右側の空きを0で埋めます。2倍、4倍、8倍…にするのと同じ効果があります。
  • 右シフト (>>): ビットを右にずらします。符号付きシフトとも呼ばれ、最上位ビット（符号ビット）の値で空きを埋めます（正なら0、負なら1）。
  • 符号なし右シフト (>>>): ビットを右にずらしますが、符号を無視して必ず0で埋めます。Java特有の演算子です。
public class ShiftExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 8;  // 00...01000
        int b = -8; // 11...11000 (2の補数)

        System.out.println("8 << 1  = " + (a << 1));  // 16 (2倍)
        System.out.println("8 >> 1  = " + (a >> 1));  // 4 (1/2倍)
        
        System.out.println("-8 >> 1 = " + (b >> 1));  // -4 (符号維持)
        System.out.println("-8 >>> 1 = " + (b >>> 1)); // 巨大な正の整数 (0埋めされるため)
    }
}

実行結果

8 << 1  = 16
8 >> 1  = 4
-8 >> 1 = -4
-8 >>> 1 = 2147483644

ビット演算の実践的な使い道：ビットフラグ

ビット演算が最も輝くのは、複数の状態（ステータス）を1つの整数変数で管理する「ビットフラグ」です。
例えば、「読取可」「書込可」「実行可」といった権限管理を考えてみましょう。

フラグ管理のサンプルコード

public class BitFlagExample {
    // 各フラグを2のべき乗で定義する
    public static final int READ    = 1; // 0001
    public static final int WRITE   = 2; // 0010
    public static final int EXECUTE = 4; // 0100
    public static final int DELETE  = 8; // 1000

    public static void main(String[] args) {
        // 権限の設定：READ と WRITE を付与
        // OR演算子 (|) でフラグをまとめる
        int permission = READ | WRITE; // 0001 | 0010 = 0011 (3)

        System.out.println("現在の権限値: " + permission);

        // 権限の確認：READ 権限を持っているか？
        // AND演算子 (&) で特定のビットが立っているか確認
        if ((permission & READ) != 0) {
            System.out.println("読取権限があります。");
        }

        // 権限の確認：EXECUTE 権限を持っているか？
        if ((permission & EXECUTE) != 0) {
            System.out.println("実行権限があります。");
        } else {
            System.out.println("実行権限はありません。");
        }

        // 権限の追加：EXECUTE を追加
        permission |= EXECUTE; // 0011 | 0100 = 0111 (7)
        System.out.println("実行権限を追加しました。権限値: " + permission);

        // 権限の削除：WRITE を削除
        // NOT (~) と AND (&) を組み合わせる
        permission &= ~WRITE; // 0111 & 1101 = 0101 (5)
        System.out.println("書込権限を削除しました。権限値: " + permission);
    }
}

実行結果

現在の権限値: 3
読取権限があります。
実行権限はありません。
実行権限を追加しました。権限値: 7
書込権限を削除しました。権限値: 5

コードの解説

  • | で合成: 複数のフラグを足し合わせます。
  • & で判定: 特定のフラグが含まれているかチェックします。(val & FLAG) != 0 は定型句です。
  • &= ~ で削除: 特定のビットだけを0（OFF）にします。

この手法を使うと、データベースのカラムを節約できたり、引数の数を減らしたりすることができます。

高速化テクニック！偶数・奇数の判定

ビット演算を使うと、偶数か奇数かの判定を高速に行うことができます。
通常は num % 2 != 0 と書きますが、ビット演算では (num & 1) == 1 と書けます。

int num = 5;
if ((num & 1) == 1) {
    System.out.println("奇数です");
} else {
    System.out.println("偶数です");
}

最下位ビットが 1 なら奇数、0 なら偶数という性質を利用しています。
大量のデータを処理するループ内などで、わずかながらパフォーマンス向上が期待できます。

Javaのスキルを活かして年収を上げる方法

以上、Javaにおけるビット演算子の使い方について解説してきました。

なお、Javaのスキルがある場合には、「転職して年収をアップさせる」「副業で稼ぐ」といった方法を検討するのがおすすめです。

Javaエンジニアの需要は非常に高いため、転職によって数十万円の年収アップはザラで、100万円以上年収が上がることも珍しくありません。

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