C++で使えるGCCコンパイラの組み込み関数（__builtin）の使い方まとめ

GCCコンパイラには、標準ライブラリとは別に便利な組み込み関数（ビルトイン関数）が多数用意されています。これらはコンパイラレベルで最適化されるため、非常に高速に動作し、特に競技プログラミングやビット演算処理で重宝します。

本記事では、代表的な組み込み関数である __builtin_popcount()、__builtin_parity()、__builtin_clz()、__builtin_ctz() の使い方をサンプルコード付きで解説します。

__builtin_popcount(x)：1のビット数を数える

__builtin_popcount(x) は、整数型データの2進表現において、1になっているビットの個数を返す関数です。「母集団カウント（popcount）」とも呼ばれます。

サンプルコード

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int n = 13; // 2進数では 1101
    cout << n << " の2進表現に含まれる1の個数は " << __builtin_popcount(n);
    return 0;
}

実行結果

13 の2進表現に含まれる1の個数は 3

13 は2進数で 1101 となり、1が3つ含まれているため「3」が出力されます。

__builtin_parity(x)：パリティ（偶奇性）を判定する

__builtin_parity(x) は、整数のパリティを判定する関数です。1のビット数が奇数であれば true（1） を、偶数であれば false（0） を返します。

サンプルコード

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int n = 13; // 2進数では 1101
    cout << n << " のパリティは " << __builtin_parity(n);
    return 0;
}

実行結果

13 のパリティは 1

13（1101）は1のビットが3つと奇数個あるため、結果は「1」となります。

__builtin_clz(x)：先頭の連続する0を数える

__builtin_clz(x) は、整数の2進表現における先頭側（最上位ビット側）の連続した0の個数を返します。「clz」は Count Leading Zeros（先頭のゼロを数える）の略です。

サンプルコード

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int n = 13; // 2進数では 1101
    // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101（32ビット整数）
    cout << n << " の先頭にある0の個数は " << __builtin_clz(n);
    return 0;
}

実行結果

13 の先頭にある0の個数は 28

32ビット整数の場合、全体は32桁なので、有効なビット4桁（1101）を除いた 32 − 4 = 28 個の先頭ゼロがカウントされます。

__builtin_ctz(x)：末尾の連続する0を数える

__builtin_ctz(x) は、整数の2進表現における末尾側（最下位ビット側）の連続した0の個数を返します。「ctz」は Count Trailing Zeros（末尾のゼロを数える）の略です。

サンプルコード

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int n = 12; // 2進数では 1100
    // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100（32ビット整数）
    cout << n << " の末尾にある0の個数は " << __builtin_ctz(n);
    return 0;
}

実行結果

12 の末尾にある0の個数は 2

12（1100）は末尾に0が2つ続くため、結果は「2」となります。この値は「nを割り切れる2の最大乗」に相当するため、2の累乗計算にも応用できます。

補足：64ビット整数や他コンパイラへの対応

• long 型や long long 型に対しては、それぞれ __builtin_popcountl() / __builtin_popcountll() のように末尾に l や ll を付けたバージョンを使用します。
• これらの関数はGCC固有の拡張機能であり、C++の標準規格には含まれていません。MSVCなど別のコンパイラでは使えない場合があるため、移植性が必要なコードでは注意してください。
• C++20以降では、標準ライブラリの <bit> ヘッダにある std::popcount()、std::countl_zero()、std::countr_zero() などを使うことで、同様の処理を移植性高く記述できます。