JavaScriptで整数のビットが交互になっているかを判定する方法

問題

整数 num を唯一の引数として受け取るJavaScript関数を作成することを考えます。

この関数の役割は、num の2進数表現におけるビットが「交互（オルタネーティング）」になっているかどうかを判定することです。つまり、隣り合うビットが常に異なる値を持つかどうかを確認します。

例として、関数に次の入力を与えた場合を見てみましょう。

入力

const num = 5;

出力

const output = true;

出力の説明

5 の2進数表現は 101 であり、0と1が交互に並んでいるため、結果は true となります。

解決アプローチ①：2進数の文字列を走査する

最も直感的な方法は、数値を2進数の文字列に変換し、隣り合う文字同士を順番に比較していくことです。同じビットが連続した時点で false を返せばよいわけです。

以下がそのコードです。

const num = 5;

const isAlternating = (num = 1) => {
    const binary = num.toString(2);
    let curr = binary[0];
    for(let i = 1; i < binary.length; i++){
       const el = binary[i];
       if(curr !== el){
           curr = el;
           continue;
       };
       return false;
    };
    return true;
};

console.log(isAlternating(num));

出力

true

コードの仕組み

1. toString(2) を使って、数値を2進数形式の文字列に変換します。
2. 先頭のビットを基準値 curr として保持します。
3. 残りのビットを先頭から順に走査し、直前のビットと異なれば基準値を更新して処理を続けます。
4. もし同じビットが連続していれば、そこで即座に false を返します。
5. ループを最後まで抜けられれば、すべてのビットが交互になっているため true を返します。

解決アプローチ②：ビット演算を使った効率的な方法

文字列変換を行わず、ビット演算だけで判定するより効率的な方法もあります。

const isAlternating = (num = 1) => {
    const x = num ^ (num >> 1);
    return (x & (x + 1)) === 0;
};

console.log(isAlternating(5)); // true
console.log(isAlternating(7)); // false（111 は交互になっていない）

この方法のポイント

• num ^ (num >> 1): 数値自身と1ビット右シフトした値との排他的論理和（XOR）を計算します。ビットが交互になっていれば、この結果はすべて1（例：101 → 111）になります。
• x & (x + 1): すべて1のビット列に1を加えると2の累乗になります。そのため、XORの結果とその+1とのAND演算が 0 になれば、元の数値は交互ビットであると判定できます。

どちらのアプローチでも正しく判定できますが、大きな数値を扱う場合やパフォーマンスが重視される場面では、ビット演算を使った方法②が有利です。