C语言入门系列：有符号整数的左移、右移

文章目录

• • 左移（`<<`）
  • • 左移溢出怎么办？
  • 右移（`>>`）
  • • [算术右移（Arithmetic Shift Right, ASR）：](#算术右移（Arithmetic Shift Right, ASR）：)
    • [逻辑右移（Logical Shift Right, LSR）：](#逻辑右移（Logical Shift Right, LSR）：)

左移（<<）

将一个操作数的所有位向左移动指定位数，右侧空出的位用0填充。

int h = 0b0001; // 1 in decimal
int result = h << 2; // 0b0100, which is 4 in decimal

这里，h左移两位后，原来的1变成了100，即十进制的4。

左移运算符相当于将运算数乘以2的指定次方，比如左移2位相当于乘以4（2的2次方）。

上述案例左移2位，相当于原数1乘以4，所以结果是4。

当有符号整数进行位运算"左移（<<）"时，规则是"符号位不变，移出位丢弃，空出位补0"。即正整数左移N位时低位依次填充N个0，负整数左移N位时低位依次填充N个0。

例如：

0000 0010 << 1 = 0000 0100  
0000 1010 << 2 = 0010 1000 
1000 0010 << 1 = 1000 0100   
1000 1010 << 3 = 1001 0000

左移不改变有符号整数的符号位。

左移溢出怎么办？

注意：左移的位数超过该数值类型的最大位数时，编译器会用左移的位数去模类型的最大位数，然后按余数进行移位。

如:

int i=1; //设int为32位
i=i<<33; // 33%32=1，相当于 i=i<<1

如下代码：

int main()
{
    int num = 1;
    int num2 = num << 33;
    printf("左移前num=%d\n", num);
    printf("num左移33位后num2=%d\n", num2);
    return 0;
}

运行结果：

右移（>>）

将一个操作数的所有位向右移动指定位数，对于有符号整数，左侧空出的位用符号位填充（即保持符号不变），对于无符号整数，用0填充。

int i = 0b1010; // 10 in decimal
int result = i >> 1; // 0b0101, which is 5 in decimal

这里，i右移一位后，变成了0101，即十进制的5。

右移运算符相当于将运算数除以2的指定次方，比如右移1位就相当于除以2（2的1次方），所以上述示例右移一位，相当于10除以2，结果是5。

但是，对于负数，右移位操作存在一个左移位操作不曾面临的问题：从左边移入的位，可以选择两种方案。

算术右移（Arithmetic Shift Right, ASR）：

当对负数进行算术右移时，最高位（即符号位）保持不变。

这意味着，如果一个负数的最高位是1（表示负数），那么在右移过程中，空出来的高位会被符号位的值填充，即填充1。

这样可以确保右移后得到的仍然是一个负数，且保持了原来数的符号不变。

例如：

0000 0010 >> 1 = 0000 0001  
0000 1010 >> 2 = 0000 0010 
1000 0010 >> 1 = 1100 0001   
1000 1010 >> 3 = 1111 0001

这种处理方式适用于需要保持负数符号的场景。

逻辑右移（Logical Shift Right, LSR）：

逻辑右移对负数的处理与无符号整数相同，即高位统一填充0。

这种方式不考虑原数的符号，纯粹是将所有位向右移动，高位补0。

0000 0010 >> 1 = 0000 0001  
0000 1010 >> 2 = 0000 0010 
1000 0010 >> 1 = 0100 0001   
1000 1010 >> 3 = 0001 0001

这样做的结果是，无论正数还是负数，右移的结果都是正数。

C语言标准并没有明确规定右移负数的具体行为，因此不同平台和编译器可能会有所不同。

一般情况下，C编译器会采用算术右移，以保持负数的符号性，但这并不是绝对的，特别是在某些特殊环境下或通过特定编译器选项配置。

对于有符号值，到底时采用逻辑移位还是算数移位取决与编译器，不能保证所有的编译器采用同样的方式。

因此 ，最佳实践是右移运算符不用于有符号数。