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Chapter.81 [ バイトとビット ]

■低レベル・高レベル

さて、今回は少し難しい内容に挑戦したいと思っています。

こんなことを冒頭から書いてしまうと、少しびびってしまいますね。でも、これからもっと高度な処理を行っていこうと思ったら、どうしても必要になってくる部分なので、がんばって習得していただきたいと思います。

そんなわけで今回のテーマは『バイト』と『ビット』についてです。

C言語などでは、バイトやビットに関しての知識がとても重要な意味を持ちます。ある程度、バイトやビットについて理解していないと、比較的簡単なプログラムですら組むことができません。
これは、ひとことで言ってしまえば、C言語が比較的低レベルなプログラムを組める言語だから、ということになるでしょうか。ちょっとわかりにくいですね。

前にもどこかで書きましたが、プログラミング言語について、低レベルとか、高レベルとか、そういった言葉を使うことがあります。低レベルなプログラミング言語って、一体どんな言語なの? と疑問に思いますね。

パソコンなどの電子機器は、データを保存したり、あるいは何かしらの動作を行う際に、それらの情報全てを数字を使って処理します。つまり、機械にしかわからない『機械語』を使ってデータを処理しているのです。

人間から見ると、機械語は、なんの意味も無いただの数字にしか見えません。ですから、人間でも意味がわかるように、様々な工夫をしたものがプログラミング言語ですね。

実際の機械語で命令できれば一番いいのでしょうが、人間でこれが自在にわかる人はまずいません。そこで、人間でもわかる言葉で文章を書き、それを機械語に翻訳することで、パソコンなどに様々な命令を出すことができるのです。


しかし、プログラミング言語にも様々な種類がありますね。

パソコンなど、電子機器の中で実際に使われる機械語、これに性質が近いものほど低レベルな言語であると言われます。C言語は、比較的低レベルな記述を行うことが可能であり、言い方を変えると、それだけ難しいということでもあります。
最も難解な機械語に近いわけですから、それだけ難しいのです。

我らがVBAはと言うと、これは高レベル、または高級な言語だと言えます。言い換えると、難しいことがよくわからなくても、簡単にプログラムが記述できるということでもあるのです。


要するに、機械語に比較的近い C言語などでは、バイトやビットなどのちょっと難しい知識がどうしても必要になってきます。しかし難しい代わりに、パソコン上のほとんど全ての処理を実現させることができます。
逆にVBAは、バイトやビットなどの知識が無くても、それなりにプログラムが組めます。
しかし、これは言い換えると、できることが限定されているということでもあるのですね。


でも、VBAはできることが少ないんだ……、と落胆する必要はありません。

基本に忠実に、工夫と努力を積み重ねれば、大概のことはできます。ちょっと極端な言い方かもしれませんが、VBAでできないことというのは、本当に高度なことだけです。

例えば、C言語を用いれば、ウィンドウズやマックのような、オペレーションシステムを作ることができてしまいます。当然と言えば当然ですが、VBAにはこんな芸当は無理です。

C言語を用いれば、拡張子が『 DLL 』となっている、いわゆるライブラリファイルを作ることができます。VBAではこれも無理ですね。

でもVBAは、WindowsAPI を使う事だってできますし、DirectX だって使うことができます。ゲームやアプリケーションを作るということに関して言えば、VBAだって結構やるんです! もちろん、それらの高度なテクノロジーを自在に操るには、それなりに高度な知識や、パソコンの基本的なことに関する知識が必要になってきます。

バイトやビットについて理解していることは、こうした高度な処理を行うためには絶対に必要になってきます。一見すると遠回りに感じるかもしれません。しかし、わかっておいて損をすることは無いはずです。ちょっとだけ我慢して、この先の講座を読んでみてください。実はそんなに難しくないんですよ。楽な気持ちで取り組んでみてください。


■たくさんのスイッチ

想像してみてください。

あなたの目の前には、スイッチがあります。
このスイッチは、照明のように、オンオフを切り替えることができる仕組みになっています。

一度スイッチをオンにすると、オフにするまではずっとオンのままです。オフにしたら、スイッチを再び入れるまでは、オフのままです。そんなスイッチです。時間が経ったからといって勝手にオンオフが切り替わったりはしません。


さて、このスイッチ。実はひとつではありません。
スイッチは、8個セットになっています。同じ形の、同じ性能のスイッチが、8個セットになってくっついています。そんなスイッチのセットなんです。

この文章、読んでどんなふうに感じたでしょうか。

実は、これがビットとバイトを簡単に説明している文章です。どういうこと? って感じですよね。説明します。


まず、先ほどの話の中で真っ先に登場した、『スイッチ』。これは一体なんでしょうか。

実は、このスイッチはビットを表しています。

ビットとは、データの最小の単位で、0 か 1 のどちらかを記憶することができます。選択肢が2種類しかないのですね。オンか、オフの2択なわけです。

そして、先ほどの話では、このスイッチが8個くっついてセットになっているという話が出てきましたね。これがバイトです。
バイトとは、オンかオフを切り替えられるスイッチが、8個セットになっているものなのです。

しかし、こんなふうに説明されてもよくわからないと思います。もう少し、踏み込んで考えてみましょう。


■保持できるデータの種類

まずは単純に、スイッチがひとつだけのときを考えてみます。

スイッチがひとつ、つまり 1 ビットで表すことができるのは、オンかオフの2種類だけです。

1 ビット ⇒ 2種類

では、スイッチがふたつ、つまり 2 ビットで表すことができるのは、何種類でしょうか。
これは簡単ですね。1 ビットで2種類のデータを表すことができるわけですから、2 ビットで表すことができるのは、4種類のデータです。

オン × オン
オン × オフ
オフ × オン
オフ × オフ …… 合計 4 種類

このくらいは簡単ですね。

では次に、スイッチが3個の場合はどうでしょうか。

オン × オン × オン
オン × オフ × オン
オフ × オン × オン
オフ × オフ × オン
オン × オン × オフ
オン × オフ × オフ
オフ × オン × オフ
オフ × オフ × オフ …… 合計 8 種類

このようになりますね。

ここまでくると、スイッチの数と、表すことができるデータの種類に、どのような関係があるかわかりますね。

スイッチの数が増えれば増えるほど、表すことができるデータの種類が増えます。そして、スイッチひとつにつき、データの種類が2倍ずつ増えていきます。これを式で表すと次のようになります。

2 ^ スイッチの数

ここで出てきた記号( コレ ⇒ ^ )は、べき算という計算を表す演算子です。べき算というのは、2乗、3乗、などの計算のことですね。
『 2 ^ 2 = 4 』ですし、『 2 ^ 4 = 16 』です。このような計算をべき算というのですね。


さて、それではここで 1 バイトを考えてみましょう。1 バイトは、スイッチが8個くっついたものでしたね。ということは、1 バイトで表すことができるデータの種類は、次のように計算できることになります。

2 ^ 8 = 256

こうなりますね。

つまり、1 バイトで表すことができるデータは、最大で256種類ということになります。

ちょっとややこしくなってきましたね。もう一度整理してみましょう。

1 ビットとは、オンオフを切り替えることができるスイッチのようなもので、0 か 1 を記憶することができる。

1 バイトとは、スイッチが8個セットになっているもの(つまり 8 ビット)で、最大で256種類のデータを記憶することができる。


■変数の型とバイトの関係

ビットとバイトの違いについては理解できましたか?

ビットやバイトの意味がわかると、今まで何気なく行っていたことに、実は重要な意味があったことがわかります。

その最たる例が『変数の型』でしょう。

思い出してみてください。変数は、型によって扱えるデータの種類や大きさが変わりますね。例えば、Integer 型の変数は『 -32768~32767 』の範囲内の数値を扱うことができる変数の型です。

そして、Integer 型の変数は、2 バイトのメモリ領域を使用することになっています。2 バイトって、何種類のデータを表すことができるんでしたっけ?

1 バイト …… 256種類のデータを記憶できる

2 バイト …… 256種類 × 256種類 = 65536種類

このようになります。

『 -32768~32767 』は、マイナスの数値も含まれているわけですから、数の量としては、65536種類の数を扱えることになりますね。

つまり、変数の型と、使用するバイト数には、とても密接な関係があるのです。

他の変数の型でも見てみましょう。

例えば Long 型では、どうなっているのでしょうか。
Long 型の変数は、4 バイトのメモリ領域を使用します。ということは次のようになります。

1 バイト …… 256種類のデータを記憶できる

4 バイト …… 256 × 256 × 256 × 256 …… 4294967296種類

こうなります。

Long 型の変数は、『 -2147483648 ~ 2147483647 』の範囲の数値を扱うことができる変数です。マイナスの領域も含めると、4294967296種類の数値を扱うことができるわけですね。


さらに、VBAには、Byte 型という変数の型があります。これはもう見たまんま、使用する領域も 1 バイトで、扱えるデータも『 0 ~ 255 』までの範囲となっています。0 を含めた256種類のデータを扱うことができるのですね。


このように、変数の型と、使用するバイト数、扱えるデータの量は、それぞれが非常に強い関係性を持っているのですね。実は今回の講座で最も重要なのが、この変数の型とバイトとの関係です。

APIを用いた処理や、DirectXを用いた処理は、基本的にC言語などをベースに作られています。このため、解説書などでは多くの場合、プログラム上で使う変数の型などが、C言語などの変数型で書かれていることが多いです。実はこんなときに、このバイトに関する知識が重要になるケースがあります。


例えば、C言語の『 int 型 』は、4 バイトの領域を使用します。これは、VBAで言うと Long 型と同じメモリの使用量です。ですから、C言語の解説の中で、int 型を使って書かれている部分は、VBAでは Long 型を使って代用できるというわけです。

このほかにも、バイトに関する知識が必要になるケースは、高度なことをやろうとすればそれだけ頻繁に登場します。すぐに何かに役立つというような知識でもないのですが、知っていることは大きな意味を持ちます。

即効性のある知識ではなく、どちらかというと地味な知識ですが、こういった内容をたまにはやるのもいいかなと思いまして、講座にしてみました。VBAでは、こういった知識が無くてもそれなりにできてしまうだけに、どうしてもおざなりになりがちです。
この機会にしっかりと覚えてしまい、基礎の底上げをしておきましょう。

多少難しい内容でしたので、一発で理解できなくてもいいと思います。
焦らずひとつひとつ、習得していきましょう。


■格言

ビットとはデータの最小単位
1ビットは2種類のデータを記憶できる
1バイトは8ビットなので256種類のデータを記憶


かなり長い文章ですね、今回は。大丈夫かな。


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横から失礼します。EVMです。
久々にコメント書きましたよ。
バイトとビットですか、いろいろ使いますよね。(たぶん・・)
Excelの関数にも「DEC2BIN」などがあるくらいだから。
ファイルを開く「Open」にも「Binary」がありますもんね。
あぶねぇ。
書き忘れるとこだった。
窓の杜で紹介されたんですって?
へぇー素晴らしいですね。

おめでとうございます。貴方の力がまた認められたんですね。

(*^◇^)/゚・:*【祝】*:・゚\(^◇^*)

>EVMさん

祝福のお言葉、ありがとうございます。

これからも、様々なアプローチで、広く皆さんのお役に立っていけるよう、努力していきます。
これからもよろしくおねがいします。
  • 影斬#m.2.LkcQ
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  • 2008.06.24(Tue)
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