ビットフラグとビットマスク ― 複数のON/OFFを1つの整数にまとめる

導入

ゲームのキャラクターが「毒」「スタン」「透明化」のような複数の状態を同時に持てるとき、状態ごとに int 変数を作るのではなく、1つの整数の各ビットを1つずつの状態（フラグ）として使うと、省メモリかつ高速に管理できます。

説明

まず、それぞれのフラグが「何ビット目か」を #define で定義するのが定石です。1 << n で「右から n+1 番目のビットだけが1」の値を作れます（例: #define FLAG_POISON (1 << 0) なら 0001、#define FLAG_STUN (1 << 1) なら 0010）。

このように定義したフラグは、次の4つの操作で扱います。

• 立てる（ONにする）: state |= FLAG_POISON;
• 消す（OFFにする）: state &= ~FLAG_POISON;
• 立っているか調べる: if (state & FLAG_POISON) { ... }
• 反転する（トグル）: state ^= FLAG_POISON;

flowchart LR
  subgraph state["state（1つの整数の中のビット）"]
    direction LR
    b2["bit2: invisible"]
    b1["bit1: stun"]
    b0["bit0: poison"]
  end

#include <stdio.h>

#define FLAG_POISON    (1 << 0)
#define FLAG_STUN      (1 << 1)
#define FLAG_INVISIBLE (1 << 2)

int main(void) {
    unsigned int state = 0;

    state |= FLAG_POISON;
    state |= FLAG_STUN;
    printf("状態の値: %u\n", state);

    if (state & FLAG_POISON) {
        printf("毒状態です\n");
    }
    if (state & FLAG_INVISIBLE) {
        printf("透明状態です\n");
    } else {
        printf("透明ではありません\n");
    }

    state &= ~FLAG_POISON;
    printf("毒を治療しました\n");
    if (state & FLAG_POISON) {
        printf("まだ毒です\n");
    } else {
        printf("毒は治りました\n");
    }

    return 0;
}

state &= ~FLAG_POISON; の部分は、「FLAG_POISON のビットだけを反転させたマスク（他のビットは全部1）」と AND を取ることで、「そのビットだけを0にし、他のビットはそのまま残す」という意味になります。

やってみよう

FLAG_INVISIBLE も立ててみましょう。state ^= FLAG_STUN; を追加して、スタン状態をトグル（今と反対の状態に切り替え）してみてください。もう一度実行すると元に戻ることも確認してみましょう。

演習

#define FLAG_A (1 << 0) と #define FLAG_B (1 << 1) を定義し、state に FLAG_A だけを立てたうえで、FLAG_A が立っているか・FLAG_B が立っているかをそれぞれ判定して表示してください。