JavaScriptで数値の隣接する2進ビットを入れ替えて新しい数値を生成する方法

問題

数値を1つ受け取るJavaScript関数を書く必要があります。

この関数は、引数として渡された数値を2進表現に変換し、隣接するビット同士を入れ替えて新しい2進数を作り上げます。最後に、その新しい2進数に対応する10進数の値を返します。

コード例

以下がそのコードです −

const num = 13;
const swapBits = (num) => {
    let arr = num.toString(2).split('');
    if(arr.length % 2){
        arr.unshift(0);
    }
    for(let i = 0; i < arr.length - 1; i = i + 2) {
        [arr[i], arr[i + 1]] = [arr[i + 1], arr[i]];
    }
    return +('0b' + arr.join(''));
}
console.log(swapBits(num));

出力

14

処理の流れと解説

ここでは例として num = 13 を考えます。13 の2進表現は 「1101」 です。コードの動作は次の通りです。

1. toString(2) で数値を2進数の文字列に変換し、split('') で1文字ずつの配列に分解します。
2. 桁数が奇数の場合は先頭に 0 を追加し、隣接ペアが崩れないように桁数を偶数に調整します。
3. forループで2つおきに要素を走査し、分割代入 [arr[i], arr[i + 1]] = [arr[i + 1], arr[i]] によって隣接するビットを交換していきます。
4. 交換後の配列を join('') で連結し、先頭に '0b' を付けた上で単項プラス演算子を使って10進数へ変換して返します。

「1101」の場合、前半の「1」と「1」は入れ替えても変わりませんが、後半の「0」と「1」を入れ替えると「10」になります。結果として得られる「1110」は10進数で 14 であり、これが出力として返されます。

補足：ビット演算を使った別解

文字列を経由せず、ビット演算だけでも同じ処理を実現できます。マスク 0xAAAAAAAA(…1010) と 0x55555555(…0101) で交互のビット列をそれぞれ取り出し、片方を右へ1ビット、もう片方を左へ1ビットシフトしてORで結合すれば、隣接ビットの交換が一度に行えます。

const swapBits = (num) => {
    return ((num & 0xAAAAAAAA) >> 1) | ((num & 0x55555555) << 1);
}
console.log(swapBits(13)); // 14

こちらの方法は文字列への変換や配列操作が不要なため、より簡潔で高速に動作するのがメリットです。