C++で数値の指定した位置（インデックス）のビットを更新する方法

本記事では、数値の指定されたインデックス（位置）にあるビットを更新する問題を解説します。ビット操作（Bit Manipulation）を活用することで、数値の任意のビットを効率的に書き換えることができます。

例えば、以下のような入力を考えてみましょう。

入力：

N = 25
bit = 1
position = 2

出力：

29

解説： 入力値25は2進数で「11001」と表されます。ここで、位置インデックスは「2」、設定したいビット値は「1」です。指定位置のビットを置き換えると「11101」になり、これは10進数の「29」に相当します。

この問題へのアプローチ

数値の指定された位置（インデックス）にあるビットを、入力として与えられた特定のビット値に更新するのがこの課題の目的です。基本的な手順は、まず対象位置のビットをクリア（0に）し、その後にビット演算を行って新しいビットを設定するというものです。

• 数値N、更新するビット値「bit」、ビットを更新する位置「position」を入力として受け取ります。
• void関数 updateBit(int &n, int bit, int pos) が、現在の数値への参照、ビット値、ビットのインデックスを受け取ります。参照渡しにすることで、関数内での変更が呼び出し元の変数に反映され、更新後の数値を取得できます。
• まず、指定位置のビットをクリアします。「~(1 << pos)」でマスクを作成し、元の数値とAND演算することで、対象位置だけが0になった値を得ます。
• 次に、設定したいビット値を指定位置まで左シフトし、クリア済みの値とOR演算することで、新しいビットを反映させた結果を求めます。

サンプルコード

#include<iostream>
using namespace std;
void updateBit(int &n, int bit, int pos){
    int clearBit = ~(1<<pos);
    int mask = n & clearBit;
    n = mask | (bit<<pos);
}
int main(){
    int n = 25;
    int bit = 1;
    int pos = 2;
    updateBit(n, bit, pos);
    cout<<n;
}

実行結果

上記のコードを実行すると、次の出力が得られます。

29

入力値25は2進数で「11001」です。位置「2」のビットを「1」に置き換えると、2進数では「11101」となり、10進数では29になります。