C언어 Bit & 연산자

Bit & 연산자

https://jeongchul.tistory.com/730

Snowflake ID란 C, C++, Java, Golang

위의 Snow Flake에서 시퀀스의 최대 값을 4096(12비트)로 값을 0~4095로 고정하는 코드가 있습니다.

uint64_t next_id(Snowflake *sf) {
    uint64_t timestamp = current_time_millis();

    if (timestamp == sf->lastTimestamp) {
        sf->sequence = (sf->sequence + 1) & MAX_SEQ; // <--------- 범위 고정
        if (sf->sequence == 0) {
            while (timestamp <= sf->lastTimestamp) { // 다음 밀리초가 될 때까지 대기
                timestamp = current_time_millis();
            }
        }
    } else { // 새로운 밀리초에 진입했을 때
        sf->sequence = 0; // 시퀀스 초기화
    }
        ...
}

& 연산자는 비트 단위의 AND 연산을 수행합니다. 이 연산은 시퀀스 값이 일정 범위를 넘지 않도록 하기 위한 중요한 역할을 합니다.

& 연산자의 의미

&는 비트 AND 연산자로, 두 개의 값의 비트를 비교하여 둘 다 1인 경우에만 1을 반환합니다. 예를 들어:

• 1 & 1 = 1
• 1 & 0 = 0
• 0 & 0 = 0

즉, AND 연산자는 각 비트에 대해 AND 연산을 적용하여 새로운 값을 만듭니다.

MAX_SEQ의 역할

#defin SEQ_BITS 2
#define MAX_SEQ ((1 << SEQ_BITS) - 1)

• 위 코드에서 MAX_SEQ는 시퀀스가 가질 수 있는 최대값을 정의합니다.
• SEQ_BITS가 2비트로 설정되어 있으므로, 1 << SEQ_BITS는 2^2 = 4이 됩니다.
• MAX_SEQ는 이 값에서 1을 뺀 값으로, 3가 됩니다. 즉, 시퀀스 번호는 0부터 3까지 가질 수 있습니다.

AND 연산자 사용 목적

sf->sequence = (sf->sequence + 1) & MAX_SEQ;

이 부분에서 & MAX_SEQ의 목적은 시퀀스 값이 2비트 범위를 초과하지 않도록 하는 것입니다.

동작 원리

• sf->sequence + 1은 시퀀스 값을 1 증가시킵니다. 이때 시퀀스가 MAX_SEQ (3)보다 크면, 2비트 범위를 넘을 수 있습니다.
• & MAX_SEQ는 2비트 이상 넘어간 값을 자르는 역할을 합니다. 즉, sf->sequence 값이 4가 되면 2비트 이상의 비트는 잘리고, 다시 0으로 돌아갑니다. 이를 통해 시퀀스 값은 항상 0부터 3까지의 값을 가집니다.

예시

만약 시퀀스가 1일 때, 다음과 같은 일이 일어납니다.

1. 1+ 1 = 2 (이진수: 010 ) 시퀀스 증가
2. 011 & 010: & 연산 비교
   • 3의 이진수는 011
   • 2의 이진수는 010
   • 이 둘을 AND 연산하면 010이 되어 결과는 2가 됩니다.

이렇게 증가하여 시퀀스가 3일때, 다음과 같은 일이 일어납니다.

1. 3 + 1 = 4 (이진수: 100 ) 시퀀스 증가 → 2 비트, 범위를 초과하게됨
2. 011 & 100: & 연산 비교
   • 3의 이진수는 011
   • 4의 이진수는 100
   • 이 둘을 AND 연산하면 000이 되어 결과는 0이 됩니다.
   • 이를 통해 3에서 시퀀스 증가 시, 2비트를 넘어가지 않고 다시 0으로 초기화되어 0~3까지 범위를 유지합니다.

요약

sf->sequence = (sf->sequence + 1) & MAX_SEQ;에서 & MAX_SEQ는:

• 시퀀스 번호가 최대값인 4를 넘지 않도록 순환하는 역할을 합니다.
• 시퀀스가 최대값에 도달하면 0으로 초기화되어 같은 밀리초 내에서 새로운 시퀀스를 부여하게 됩니다.