バイナリと基数変換ガイド:ビット演算からデータエンコーディングまでの視覚的理解
開発ツール伊藤 結衣
基数システムの基礎
よく使う4つの基数
| 基数 | 底 | 数字 | プレフィックス | 例 |
|---|---|---|---|---|
| 2進数 | 2 | 0,1 | 0b |
0b1010 = 10 |
| 8進数 | 8 | 0-7 | 0o |
0o12 = 10 |
| 10進数 | 10 | 0-9 | なし | 10 |
| 16進数 | 16 | 0-9,A-F | 0x |
0xA = 10 |
変換方法
任意の基数 → 10進数
2進数 1010 → 1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 0×2⁰ = 8 + 0 + 2 + 0 = 10
16進数 FF → 15×16¹ + 15×16⁰ = 240 + 15 = 255
10進数 → 任意の基数
10 → 2進数:
10 ÷ 2 = 5 余り 0
5 ÷ 2 = 2 余り 1
2 ÷ 2 = 1 余り 0
1 ÷ 2 = 0 余り 1
下から上へ読む:1010
255 → 16進数:
255 ÷ 16 = 15 余り 15
15 ÷ 16 = 0 余り 15
下から上へ読む:FF
JavaScriptでの基数変換
// parseIntで10進数に変換
parseInt('1010', 2) // 10
parseInt('FF', 16) // 255
parseInt('12', 8) // 10
// toStringで目的の基数に変換
(10).toString(2) // "1010"
(255).toString(16) // "ff"
(255).toString(8) // "377"
// リテラル
0b1010 // 10
0o12 // 10
0xFF // 255
ビット演算の実践
6つのビット演算
| 演算 | 記号 | 例 | 結果 |
|---|---|---|---|
| AND | & |
0b1100 & 0b1010 |
0b1000 (8) |
| OR | | |
0b1100 | 0b1010 |
0b1110 (14) |
| XOR | ^ |
0b1100 ^ 0b1010 |
0b0110 (6) |
| NOT | ~ |
~0b1100 |
-0b1101 (-13) |
| 左シフト | << |
0b0011 << 2 |
0b1100 (12) |
| 右シフト | >> |
0b1100 >> 2 |
0b0011 (3) |
応用1:権限システム
const PERMISSIONS = {
READ: 1 << 0, // 0b0001 = 1
WRITE: 1 << 1, // 0b0010 = 2
DELETE: 1 << 2, // 0b0100 = 4
ADMIN: 1 << 3, // 0b1000 = 8
};
// 権限の組み合わせ
const editor = PERMISSIONS.READ | PERMISSIONS.WRITE; // 0b0011 = 3
const admin = PERMISSIONS.READ | PERMISSIONS.WRITE | PERMISSIONS.DELETE | PERMISSIONS.ADMIN; // 0b1111 = 15
// 権限のチェック
function hasPermission(userPermissions: number, permission: number): boolean {
return (userPermissions & permission) === permission;
}
hasPermission(editor, PERMISSIONS.READ); // true
hasPermission(editor, PERMISSIONS.DELETE); // false
hasPermission(admin, PERMISSIONS.ADMIN); // true
// 権限の追加
function addPermission(userPermissions: number, permission: number): number {
return userPermissions | permission;
}
// 権限の削除
function removePermission(userPermissions: number, permission: number): number {
return userPermissions & ~permission;
}
応用2:フラグビット
const FLAGS = {
BOLD: 1 << 0, // 1
ITALIC: 1 << 1, // 2
UNDERLINE: 1 << 2, // 4
STRIKETHROUGH: 1 << 3, // 8
};
// 設定:太字 + 斜体
let style = FLAGS.BOLD | FLAGS.ITALIC; // 3
// 下線の切り替え
style ^= FLAGS.UNDERLINE; // 7(下線を追加)
style ^= FLAGS.UNDERLINE; // 3(下線を削除)
応用3:RGBカラー
// RGB → 数値
function rgbToNumber(r: number, g: number, b: number): number {
return (r << 16) | (g << 8) | b;
}
// 数値 → RGB
function numberToRgb(n: number): { r: number; g: number; b: number } {
return {
r: (n >> 16) & 0xFF,
g: (n >> 8) & 0xFF,
b: n & 0xFF,
};
}
rgbToNumber(255, 128, 0); // 0xFF8000 = 16744448
numberToRgb(0xFF8000); // { r: 255, g: 128, b: 0 }
応用4:高速計算
// 2の冪乗の乗算
n * 2 === n << 1
n * 4 === n << 2
n * 8 === n << 3
// 2の冪乗の除算(切り捨て)
n / 2 === n >> 1 // 正の数
Math.floor(n / 2) === n >> 1
// 奇数/偶数の判定
n & 1 // 0 = 偶数、1 = 奇数
// 2の冪乗の剰余
n % 4 === n & 3
n % 8 === n & 7
n % 16 === n & 15
// 2つの値の交換(一時変数なし)
a ^= b; b ^= a; a ^= b;
IEEE 754浮動小数点数
倍精度(64ビット)の構造
符号ビット(1) 指数部(11) 仮数部(52)
S EEEEEEEEEEE MMMMMMMMMMMM...MMMM
例:-12.375
符号:1(負数)
指数:10000000010(1026、バイアス除去後は3)
仮数:1001001100000000...0
精度の問題
// 有名な問題
0.1 + 0.2 === 0.3 // false!
0.1 + 0.2 // 0.30000000000000004
// 原因:0.1と0.2は2進数では無限循環小数
// 0.1 = 0.0001100110011...(循環)
// 0.2 = 0.0011001100110...(循環)
// 解決策
// 1. 整数演算を使う
(0.1 * 10 + 0.2 * 10) / 10 // 0.3
// 2. toFixedを使う
(0.1 + 0.2).toFixed(1) // "0.3"
// 3. EPSILONで比較
Math.abs(0.1 + 0.2 - 0.3) < Number.EPSILON // true
特殊な値
Number.MAX_SAFE_INTEGER // 9007199254740991 (2^53 - 1)
Number.MIN_SAFE_INTEGER // -9007199254740991
Number.MAX_VALUE // 1.7976931348623157e+308
Number.EPSILON // 2.220446049250313e-16
Infinity // 正の無限大
-Infinity // 負の無限大
NaN // 非数
Base64エンコーディングとバイナリ
エンコードの仕組み
3バイト(24ビット)→ 4つのBase64文字(各6ビット)
例:"Man"
M = 77 = 01001101
a = 97 = 01100001
n = 110 = 01101110
連結:010011010110000101101110
分割:010011 010110 000101 101110
インデックス:19 22 5 46
文字: T W F u
結果:"TWFu"
ToolsKuでエンコード/デコード
- Base64エンコード/デコードツールを開く
- テキストまたはBase64文字列を入力
- 「エンコード」または「デコード」をクリック
- ファイルや画像のBase64変換にも対応
Hexエンコーディング
バイナリ → Hex対応表
0000 = 0 0100 = 4 1000 = 8 1100 = C
0001 = 1 0101 = 5 1001 = 9 1101 = D
0010 = 2 0110 = 6 1010 = A 1110 = E
0011 = 3 0111 = 7 1011 = B 1111 = F
主な用途
| 用途 | 例 |
|---|---|
| カラーコード | #FF8000 |
| MACアドレス | 00:1A:2B:3C:4D:5E |
| ハッシュ値 | a1b2c3d4e5f6... |
| メモリアドレス | 0x7fff5fbff8c0 |
| バイナリの確認 | xxd file.bin |
ToolsKuで基数変換を行う
- 基数変換ツールを開く
- 数値を入力
- 入力の基数を選択
- すべての基数への変換結果を確認
よくある質問
JavaScriptのビット演算が32ビットしかサポートしないのはなぜ?
JavaScriptのビット演算は数値を32ビット符号付き整数に変換するため、32ビットを超える部分は切り捨てられます:
0xFFFFFFFF // 4294967295(通常の数値)
0xFFFFFFFF | 0 // -1(int32変換後にオーバーフロー)
// 大きな数のビット演算にはBigIntが必要
(0xFFFFFFFFFn & 0xFFn).toString(16) // "ff"
ファイルのバイナリ内容を確認するには?
# hexダンプ
xxd file.bin
# またはToolsKuのHexビューアを使用
# ファイルをアップロード → 16進数/2進数の内容を確認
まとめ
バイナリはコンピューティングの基礎です。権限システム、カラーエンコーディング、浮動小数点の精度、Base64エンコーディングはすべてこれに依存しています。基数変換とビット演算をマスターすれば、より高速で低レベルなコードを書けます。ToolsKuは基数変換やBase64エンコード/デコードなどのツールを提供しており、基数やエンコーディングの問題をすばやく処理できます。
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