算术移位和逻辑移位的详细说明

大多数C编译器使用shift方法获取比调用乘法和除法子例程生成的代码更有效的代码.

最近，当我查看Java源代码时，我看到了一些位操作操作，并故意组织了shift操作. 我不知道是否不组织他们. 如果让我大吃一惊，那就让我们一起看吧！

移位操作是将值左右移动. 对于十进制系统，放大和缩小的效果是十倍，对于二进制系统，放大和缩小的效果是十倍.

我曾经忽略的一件事是C / C ++中的移位操作容易出错.

1. 哪些数据类型可以直接转换

Char，short，int，long，unsigned char，unsigned short，unsigned int，unsigned long可以移位，但double，float，bool和long double不能移位.

2. 签名数据类型的移位操作

对于带符号的数据类型，例如char，short，int和long:

负数的左移: 符号位始终为1，其他位向左移

正数的左移: 所有位向左移位，即<<，可能变为负数

将负数移至右侧: 取绝对值，然后移至右侧，然后取相反的数字

右移到正数: 所有位右移，即>>

在这里非常重要. 为什么会这样呢？我待会再解释！

3. 无符号数据类型的移位操作

对于无符号char，unsigned short，unsigned int，unsigned long，这些无符号数据类型:

没有特殊说明，请使用<<和>>运算符

逻辑移位

对于逻辑移位，不考虑符号位逻辑右移和算术右移，移位的结果只是所有数据位的移位. 根据移位操作的目的，向左移位时左位填充为0，向右移位时高位填充为0；

示例:

01010101 >> 3 = 00001010

01101011 << 3 = 01011000

Q1: 此时是否有问题，无论符号位如何，如果为负数，逻辑右移，结果将变为正数，例如

10000101 = -5 >> 1 = 01000010 = 66

是的，因为这是逻辑运算的特征，所以算术移位运算将仅考虑符号位！

Q2: 如果有符号数在逻辑上向左移动，导致符号位发生变化，这也是逻辑运算的特征吗？

例如: 10000001 = -1 << 1 = 00000010 = 2;

这只是溢出，不是功能. 算术移位中也存在类型溢出！

此外，C语言中没有无符号移位运算符，如何实现无符号右移？负数将无符号右移. 显然，符号位用0填充并变为正数. 这是没有意义的. 通常，正数用于无符号位移位. 您可以强制转换并使用除法！

措辞更严格:

1. 类型转换（（unsigned int）x）;

2. 用要移动的数字和0xFFFFFFFF执行与运算，并且可以将其转换为无符号类型（0xFFFFFFFF＆x）;

此处假定int类型为32位...

算术移位

算术是带有符号的数据，因此我们不能直接移动所有数字，这可能会使符号不正确.

一个非常重要的知识:

关于数字的移位，特别需要注意正数，这三个代码是相同的，因此左右移位都用0填充. 负数的补码需要注意，左移位在右边用0填充，需要向右移位在左边加1，有一个非常有趣的误解是符号位保持不变，只有数据位被移动，这是错误的，因为数据位和符号位是二进制的，在整体迁移过程中，符号位也跟风. 但是，为了确保右移与原始符号号相同，因此，当向右移时，负数在左侧补1.

例如，8位机器编号（补码）: 1,110 0110，右移为: 1,111 0011，起始符号位变为当前数据位.

（1）. 原始代码原始代码是一个附加的符号位，因此符号位保持不变，其余值位可作为逻辑移位处理.

为什么在这里说逻辑移位运算？

由于计算机中存储的数据以二进制补码存储，因此整数补码，反码和原始代码相同，因此对原始代码的算术移位运算是对正数的算术运算，因此使用逻辑转向处理！

（2）. 逆码与原始码相似，符号位保持不变，其余数字位视为逻辑移位，但对于负数，当添加0时应添加1. 这是因为负数的反码是“ 0”，其效果与正数“ 1”相同.

（3）. 观察补码表. 不难知道，当向左移出的数据数为“ 0”而负数为“ 1”（只有该值小于或等于最大值/ 2）时，一定不会发生溢出. 因为补码是计算机存储的一种形式，所以在实现硬件时很方便且很简单，

左移: 假定没有溢出发生，则数据的最高有效位直接移入符号位，最低位填充0（为什么负数的最低有效位不补1） ？如果补码用1补码，是正确的，但是补码用补码1补码，因此最低位仍用0填充.

右移: 假定没有溢出发生，符号位保持不变，并且符号位用于补全最大值.

例如，如果一个带符号的数字向左移动，C ++编译器将如何表现？

#include

#include

使用命名空间标准；

int main（）

{

char a = -65;

a = a >> 1;

printf（“％d”，a）;

返回0；

}

检查主要功能的汇编代码:

主要:

push rbp

mov rbp，rsp

sub rsp，0x10

mov BYTE PTR [rbp-0x1]，0xbf

movsx eax，BYTE PTR [rbp-0x1]

sar eax，1

mov BYTE PTR [rbp-0x1]，al

movsx eax，BYTE PTR [rbp-0x1]

mov esi，eax

mov edi，0x4007d5

mov eax，0x0

致电4005a0

mov eax，0x0

离开

ret

这里是对汇编知识的一些补充. 例如，MOV BYTE PTR [BX] 10H源操作数使用立即寻址，等效于直接分配10H，而目标操作数使用寄存器间接寻址逻辑右移和算术右移，假定BX内容（BX）= 1000H，（DS）= 2000H，则对应的物理地址为DS X 10H + BX = 21000H，现在对应于该物理地址的单元内容为10H

mov BYTE PTR [rbp-0x1]，0xbf，这句话是汇编的，表示立即数0xbf被放入（DS）X 10H + rbp-0x1的物理地址中；对应于C ++中的char a = -65；

现在让我们看一下0xbf，我们知道-65 = 11000001，转换为补码，除了符号位，另一个取反并加一个，补码为10111111 = 0xbf !!!

也就是说，C ++在存储数字时使用补码形式；

10111111 >> 1，结果为11011111，将其转换为原始代码. 除符号位外，另一个取反并加一个，即10100001 = -33;

编译器的结果确实是-33

程序返回: 0

程序标准输出

-33

如果是-65 >> 2，结果将是什么？

11101111-> 10010001 = -17

为什么这里是-17！

10111111 >> 2，它变为101111，符号位仍为1，然后第七位为1或0！

上面描述了二进制补码，右移: 假设没有溢出发生，符号位保持不变，并且符号位用于补全最高位.

即第七位加1，即移位后变为11101111，原始码位为10010001 = -17；

如果-65 >> 3，则在移位10111之后，符号位为1，第七位加1，第六位！实际上，算术向右移动，左侧用符号位填充，即，正数用0填充，负数用1填充.

-65 >> 3 = 11110111，原始代码是10001001 = -9

了解编译器以补码形式执行算术移位运算时，请考虑算术右移的情况，然后考虑算术左移的情况，

左移的一种特殊情况是，当左移的数量超过数字类型的最大位数时，编译器将使用左移的位数对最大位数进行模运算，然后再将余数进行移位一点，不要先考虑这种情况！

考虑到正常情况，左移规则如下！

左移: 假设没有溢出发生，则最高有效数据直接移入符号位，最低位填充0

在左移描述中有一个假想的词，就是说如果没有溢出，如何确保没有溢出？

计算机执行此操作. 为了确保补码算术在向左移位时不会溢出，移位数据的最高有效位必须与符号位相同. 移位后的数据的最高有效位是什么，即移位后变为最高符号位的数据位. 在不发生溢出的前提下，当硬件对算术左移进行补充时，最有效地将数据移入符号位，而无需更改机器编号的符号.

移位数据的最高有效位必须与符号位相同吗？这句话是什么意思？这是否意味着算术左移与逻辑左移具有相同的含义？ 〜...〜但是〜但是有什么意义〜？

以一个字节为例，可以表示的数字范围为-128〜127

首先查看正数，例如9，即00001001. 数据的最高有效位（符号位）和最高有效位为0. 向左移动以得到18的0001 0010，然后查看在负数-9（即-（0000 1001））处，即1111 0110 +1为1111 0111，数据的最高位（符号位）和最高位为1. 左移后为1110 1110，其中依次是（1110 1101 +1）-> 0001 0010，即-18.

如果数据的最高位和符号位不同，则表示该数字的绝对值超过64，因此在向左移动一位后不可避免地会溢出.

因此，[有效]最左移和最高数据位必须保持一致. 因此，算术左移与逻辑左移相同.

算术移位和逻辑移位的比较

根据上面的描述，可以总结一下（均为补码运算）: 当[有效]左移最高位与数据最高位一致时，算术左移与逻辑左移相同，两者均为右补0，不一致时，算术左移溢出，毫无意义！逻辑上的右移非常简单，只要将二进制数向右移，并且左侧用0填充，算术向右移，并且左侧用符号位填充，即，正数用0填充，负数用1填充.

如果不清楚，可以回头看看上面的分析！

逻辑上的转换是最简单的. 无论向左或向右移动，空位都可以填充为0.

需要特别注意算术移位，原始符号位也应移位. 由于位移是宏观变化，因此不允许任何元素保持静止. 因此，当向左移动时，正数可能变为负数，负数可能变为正数. 由于丢失了向左移动的原始符号位，因此右侧填充了0. 右移不会改变符号，因为右移是将数据减半，并且减半不能减少到相反的符号. 左移可能会溢出，并且溢出的特征是符号过渡.

java移位运算符: <<（左移），>>（带符号右移）和>>>（无符号右移）

<<（左移）

向左移动的规则只记住一件事: 丢弃最高位，0填充最低位（这时也会溢出，但我们也应尽量避免这种溢出）

如果所移动的位数超过该类型的最大位数，则编译器将对所移动的位数进行模运算. 如果将int类型的33位移动了，则实际上只有332 = 1位被移动了. >>（向右移动带有符号）

右移规则只记住一件事: 符号位未更改，左侧填充符号位

将所有数字以二进制形式向右移动相应的位数，移出低位（放弃），并在高位填充空位的符号位，即为正数加零. 1代表负数>>>（无符号右移）<

无符号右移的规则只记住一件事: 忽略符号位扩展，0补充最高位

无符号右移规则与右移操作相同，除了填充时，无论左侧数字是否为负，都将填充0. 无符号右移操作仅针对负数计算，因为这对于正数是正确的. 该操作没有任何意义. 无符号右移运算符>>>仅适用于32位和64位值

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