C 언어: 비트 연산(bitwise operation)_000021

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C언어: x * y

/// 연산

x * y

/// 예제

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
 
void show_binary(int value);  // decimal to bianry
 
int sign_switch(int x);       // sign switch
int adder(int x, int y);      // adder
int multiplier(int x, int y); // simple multiplier
 
//--------------------- core gate -----------------------------------------------
extern inline int not_gate(int x)          { return (~x);  }       // not gate
extern inline int or_gate(int x, int y)    { return (x | y); }     // or gate
extern inline int and_gate(int x, int y)   { return (x & y); }     // and gate
extern inline int xor_gate(int x, int y)   { return (x ^ y); }     // xor gate
extern inline int l_shift(int x, int bits) { return (x << bits); } // left shift 
extern inline int r_shift(int x, int bits) { return (x >> bits); } // right shift
//-------------------------------------------------------------------------------
 
//----------------------
// main() implementation
int main(void) {
    int plus01, plus02, minus01, minus02;
    int mul = 0;
     
    srand(time(NULL));
     
    plus01 = r_shift(rand(), 24);
    plus02 = r_shift(rand(), 24);
    mul    = multiplier(plus01, plus02);             
    printf("                 %4d: ", plus01);         /* << */ show_binary(plus01); /* << */ puts("");
    printf("                 %4d: ", plus02);         /* << */ show_binary(plus02); /* << */ puts("");
    printf("%4d * %4d = %7d: ", plus01, plus02, mul); /* << */ show_binary(mul);    /* << */ puts(""); 
    puts("----------------------------------------------------------");
 
    plus01  = r_shift(rand(), 24);
    minus01 = sign_switch(r_shift(rand(), 24));
    mul     = multiplier(plus01, minus01);
    printf("                 %4d: ", plus01);          /* << */ show_binary(plus01);  /* << */ puts("");
    printf("                 %4d: ", minus01);         /* << */ show_binary(minus01); /* << */ puts("");
    printf("%4d * %4d = %7d: ", plus01, minus01, mul); /* << */ show_binary(mul);     /* << */ puts("");
    puts("----------------------------------------------------------");
 
    minus01 = sign_switch(r_shift(rand(), 24));
    plus01  = r_shift(rand(), 24);
    mul     = multiplier(minus01, plus01);
    printf("                 %4d: ", minus01);         /* << */ show_binary(minus01); /* << */ puts("");
    printf("                 %4d: ", plus01);          /* << */ show_binary(plus01);  /* << */ puts("");
    printf("%4d * %4d = %7d: ", minus01, plus01, mul); /* << */ show_binary(mul);     /* << */ puts("");
    puts("----------------------------------------------------------");
     
    minus01 = sign_switch(r_shift(rand(), 24));
    minus02 = sign_switch(r_shift(rand(), 24));
    mul     = multiplier(minus01, minus02);
    printf("                 %4d: ", minus01);          /* << */ show_binary(minus01); /* << */ puts("");
    printf("                 %4d: ", minus02);          /* << */ show_binary(minus02); /* << */ puts("");
    printf("%4d * %4d = %7d: ", minus01, minus02, mul); /* << */ show_binary(mul);     /* << */ puts("");
 
    return 0; 
}
 
//-------------------------------------
// multiplier() implementation (simple)
int multiplier(int x, int y) { 
    int mul  = 0;  
    int sign = 0;
     
    // make absolute value of integer
    if (x < 0) { 
        x = sign_switch(x); 
        sign++;
    }
    if (y < 0) { 
        y = sign_switch(y); 
        sign++; 
    }
     
    // swap x and y, because of while loop(if x > y, it's efficient)
    // approximation (x = 2^(n-1) < y = 2^(n))
    if (x < y) { x = xor_gate(x, y); y = xor_gate(x, y); x = xor_gate(x, y); }
   
    // reference: https://www.geeksforgeeks.org/russian-peasant-multiply-two-numbers-using-bitwise-operators/
    while (y > 0) { 
         if (and_gate(y, 1)) mul = adder(mul, x);
          
         x = l_shift(x, 1); 
         y = r_shift(y, 1); 
     } 
      
     // sign is 0 or 2 (positive result)
     // if sign is 1   (negative result)
     if (and_gate(sign, 1)) mul = sign_switch(mul);
      
     return mul;
     // think different!
}
 
//-----------------------------
// sign_switch() implementation
int sign_switch(int x) {
    return adder(not_gate(x), 1);
}
 
//-----------------------
// adder() implementation
int adder(int x, int y) {
    int carry, sum;
     
    // reference: https://en.wikipedia.org/wiki/Bitwise_operations_in_C
    do {
        carry = and_gate(x, y) << 1; // carry 00001000 00110000 00100100 10000000 (<-left shift)
        sum   = xor_gate(x, y);      //     x 00001110 11110000 11100110 10000000
        x = carry;                   //  +  y 00101000 00110100 00110100 11100011
        y = sum;                     //----------------------------------------------------------
    } while(carry != 0);
    
    return sum;
    // think different!
}
 
//-----------------------------
// show_binary() implementation 
void show_binary(int value) {
    const int MAX_BIT = 32;
    const int INT_MIN = -2147483648;
    enum flag { OFF = -1, ON = 1 } sign_switch = OFF; // 필요개념에 의해 정의    
    int mask = INT_MIN; // 10000000 00000000 00000000 00000000
     
    for (int i = MAX_BIT; i >= 1; i--) {
        printf("%d", and_gate(value, mask) ? 1 : 0);
        mask = r_shift(mask, 1);
              
        // 1로 right shift하는 것을 방지
        if (sign_switch == OFF && i == MAX_BIT) {
                                            //    11000000 00000000 00000000 00000000
            mask = xor_gate(mask, INT_MIN); // -> 01000000 00000000 00000000 00000000
            sign_switch = ON;
        }
              
        if (and_gate((i-1), 7) == 0) printf(" "); // 가독성을 위한 분리자
    }
    // think different!
}
cs

* 실행환경: Linux(5.7.6-x86_64-linode136)
* 컴파일러: gcc (Ubuntu 6.5.0-2ubuntu1~14.04.1) 6.5.0 20181026

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