c - C中的移位运算符（<<，>>）是算术还是逻辑？

Question

在 C 中，移位运算符 ( <<, >>) 是算术还是逻辑？

score 162 · Accepted Answer

左移时，算术移位和逻辑移位没有区别。右移时，移位的类型取决于要移位的值的类型。

（作为不熟悉差异的读者的背景，“逻辑”右移 1 位会将所有位向右移动，并用 0 填充最左边的位。“算术”移位将原始值留在最左边的位. 处理负数时，差异变得很重要。）

当移位无符号值时，C 中的 >> 运算符是逻辑移位。移位有符号值时，>> 运算符是算术移位。

例如，假设一台 32 位机器：

signed int x1 = 5;
assert((x1 >> 1) == 2);
signed int x2 = -5;
assert((x2 >> 1) == -3);
unsigned int x3 = (unsigned int)-5;
assert((x3 >> 1) == 0x7FFFFFFD);

score 109 · Accepted Answer

根据K&R 第 2 版，有符号值的右移结果取决于实现。

Wikipedia说 C/C++“通常”对有符号值实现算术移位。

基本上你需要测试你的编译器或者不依赖它。我对当前 MS C++ 编译器的 VS2008 帮助说他们的编译器进行了算术移位。

score 58 · Accepted Answer

TL;博士

考虑i和n分别是移位运算符的左操作数和右操作数；的类型i，在整数提升之后，是T。假设n在[0, sizeof(i) * CHAR_BIT)- 否则未定义 - 我们有这些情况：

| Direction  |   Type   | Value (i) | Result                   |
| ---------- | -------- | --------- | ------------------------ |
| Right (>>) | unsigned |    ≥ 0    | −∞ ← (i ÷ 2ⁿ)            |
| Right      | signed   |    ≥ 0    | −∞ ← (i ÷ 2ⁿ)            |
| Right      | signed   |    < 0    | Implementation-defined†  |
| Left  (<<) | unsigned |    ≥ 0    | (i * 2ⁿ) % (T_MAX + 1)   |
| Left       | signed   |    ≥ 0    | (i * 2ⁿ) ‡               |
| Left       | signed   |    < 0    | Undefined                |

^{† 大多数编译器将其实现为算术移位}
^{‡ 如果值溢出结果类型 T 则未定义；我的提升类型}

换档

首先是从数学角度来看逻辑和算术移位之间的区别，无需担心数据类型大小。逻辑移位总是用零填充丢弃的位，而算术移位仅在左移时用零填充，但对于右移，它复制 MSB 从而保留操作数的符号（假设负值的二进制补码编码）。

换句话说，逻辑移位将移位的操作数视为只是一个位流并移动它们，而不用担心结果值的符号。算术移位将其视为（有符号）数字，并在进行移位时保留符号。

一个数 X 乘以 n 的算术左移相当于将 X 乘以 2 ⁿ，因此相当于逻辑左移；逻辑转换也会给出相同的结果，因为 MSB 无论如何都会落到最后，并且没有什么可保留的。

仅当 X 为非负数时，数字 X 乘以 n 的算术右移等效于 X 除以 2 ^{n ！}整数除法只不过是数学除法并向 0 ( trunc )舍入。

对于由二进制补码编码表示的负数，右移 n 位具有数学上将其除以 2 ⁿ并向 -∞ ( floor ) 舍入的效果；因此，对于非负值和负值，右移是不同的。

对于 X ≥ 0，X >> n = X / 2 ⁿ = trunc(X ÷ 2 ⁿ )

对于 X < 0, X >> n = floor(X ÷ 2 ⁿ )

其中÷是数学除法，/是整数除法。让我们看一个例子：

37) ₁₀ = 100101) ₂

37 ÷ 2 = 18.5

37 / 2 = 18 (18.5 向 0 舍入) = 10010) ₂ [算术右移的结果]

-37) ₁₀ = 11011011) ₂（考虑二进制补码，8 位表示）

-37 ÷ 2 = -18.5

-37 / 2 = -18（向 0 舍入 18.5）= 11101110) ₂ [不是算术右移的结果]

-37 >> 1 = -19（向 -∞ 舍入 18.5）= 11101101）₂ [算术右移的结果]

正如Guy Steele 所指出的，这种差异导致了不止一个编译器出现错误。这里非负（数学）可以映射为无符号和有符号的非负值（C）；两者都被视为相同，并且通过整数除法将它们右移。

所以逻辑和算术在左移中是等价的，对于非负值在右移中是等价的；它们不同之处在于负值的右移。

操作数和结果类型

标准 C99 §6.5.7：

每个操作数都应具有整数类型。

对每个操作数执行整数提升。结果的类型是提升的左操作数的类型。如果右操作数的值为负数或大于或等于提升的左操作数的宽度，则行为未定义。

short E1 = 1, E2 = 3;
int R = E1 << E2;

在上面的代码片段中，两个操作数都变成了int（由于整数提升）；如果E2为负数，E2 ≥ sizeof(int) * CHAR_BIT则操作未定义。这是因为移位多于可用位肯定会溢出。已R声明为short，int移位操作的结果将隐式转换为short; 缩小转换，如果值在目标类型中不可表示，则可能导致实现定义的行为。

左移

E1 << E2 的结果是 E1 左移 E2 位位置；空出的位用零填充。如果 E1 具有无符号类型，则结果的值是 E1×2 ^E2，比结果类型中可表示的最大值多模一减少。如果 E1 有带符号类型且非负值，并且 E1×2 ^E2在结果类型中是可表示的，那么这就是结果值；否则，行为未定义。

由于两者的左移相同，因此空出的位只需用零填充。然后它指出，对于无符号和有符号类型，它都是算术移位。我将其解释为算术移位，因为逻辑移位不关心位表示的值，它只是将其视为位流；^{但是该标准不是根据位来讨论的，而是根据 E1 与 2 E2}的乘积所获得的值来定义它。

这里需要注意的是，对于有符号类型，该值应该是非负的，并且结果值应该可以在结果类型中表示。否则操作是未定义的。结果类型将是应用积分提升后的 E1 类型，而不是目标（将保存结果的变量）类型。结果值被隐式转换为目标类型；如果它在该类型中不可表示，则转换是实现定义的（C99 §6.3.1.3/3）。

如果 E1 是带负值的有符号类型，则左移行为未定义。这是一个容易被忽视的未定义行为的简单途径。

右移

E1 >> E2 的结果是 E1 右移 E2 位位置。如果 E1 具有无符号类型或 E1 具有带符号类型和非负值，则结果的值是 E1/2 ^E2的商的整数部分。如果 E1 具有带符号类型和负值，则结果值是实现定义的。

无符号和有符号非负值的右移非常简单；空位用零填充。对于有符号负值，右移的结果是实现定义的。也就是说，像 GCC 和Visual C++这样的大多数实现都通过保留符号位将右移实现为算术移位。

结论

>>>与 Java 不同，Java除了通常的>>and之外还有一个用于逻辑移位的特殊运算符<<，C 和 C++ 仅具有算术移位，其中一些区域未定义和实现定义。我认为它们是算术的原因是由于标准措辞数学上的操作，而不是将移位的操作数视为位流；这也许就是为什么它将这些区域保留为未定义/实现定义而不是仅仅将所有情况定义为逻辑转变的原因。

score 18 · Accepted Answer

就您获得的转变类型而言，重要的是您正在转变的价值的类型。一个典型的错误来源是当您将文字转换为掩码位时。例如，如果您想删除无符号整数的最左侧位，则可以尝试将其作为掩码：

~0 >> 1

不幸的是，这会给你带来麻烦，因为掩码的所有位都会被设置，因为被移位的值 (~0) 是有符号的，因此会执行算术移位。相反，您希望通过将值显式声明为无符号来强制进行逻辑转换，即通过执行以下操作：

~0U >> 1;

score 17 · Accepted Answer

以下是保证 C 中 int 的逻辑右移和算术右移的函数：

int logicalRightShift(int x, int n) {
    return (unsigned)x >> n;
}
int arithmeticRightShift(int x, int n) {
    if (x < 0 && n > 0)
        return x >> n | ~(~0U >> n);
    else
        return x >> n;
}

score 7 · Accepted Answer

当你这样做时 - 左移 1 你乘以 2 - 右移 1 你除以 2

 x = 5
 x >> 1
 x = 2 ( x=5/2)

 x = 5
 x << 1
 x = 10 (x=5*2)

score 4 · Accepted Answer

好吧，我在维基百科上查了一下，他们有这样的说法：

然而，C 只有一个右移运算符 >>。许多 C 编译器根据要移位的整数类型来选择执行哪个右移；通常有符号整数使用算术移位进行移位，无符号整数使用逻辑移位进行移位。

所以听起来这取决于你的编译器。同样在那篇文章中，请注意左移对于算术和逻辑是相同的。我建议在边界情况下使用一些有符号和无符号数字（当然是高位集）做一个简单的测试，看看你的编译器上的结果是什么。我还建议避免依赖它是一个或另一个，因为 C 似乎没有标准，至少如果它是合理的并且可以避免这种依赖。

score 0 · Accepted Answer

gcc通常对无符号变量使用逻辑移位，对有符号变量使用左移。算术右移是真正重要的，因为它将符号扩展变量。

gcc将在适用时使用它，因为其他编译器可能会这样做。

score 0 · Accepted Answer

左移<<

这在某种程度上很容易，并且每当您使用移位运算符时，它始终是按位运算，因此我们不能将它与双精度和浮点运算一起使用。每当我们左移一位零时，它总是被添加到最低有效位 ( LSB)。

但是在右移中，>>我们必须遵循一个附加规则，该规则称为“符号位复制”。“符号位复制”的含义是，如果最高有效位MSB（MSB如果前一位为 1，则该位为零，然后在移位后再次为 1。此规则不适用于左移。

右移最重要的例子，如果你将任何负数右移，然后在一些移位之后，值最终达到零，然后在此之后，如果将这个 -1 移位任意次数，值将保持不变。请检查。

score -1 · Accepted Answer

-1

海合会

for -ve -> 算术移位
对于 +ve -> 逻辑移位

于 2018-02-09T14:44:45.137 回答

score -9 · Accepted Answer

-9

根据许多c编译器：

<<是算术左移或按位左移。
>>是算术右移或按位右移。

于 2013-11-14T12:48:39.437 回答

c - C中的移位运算符（<<，>>）是算术还是逻辑？

11 回答 11

TL;博士

换档

操作数和结果类型

左移

右移

结论

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