计算机原理与基础 —— C语言中的左移与右移

1、双目运算符

位移位运算符是将数据看成二进制数，对其进行向左或向右移动若干位的运算。

位移位运算符分为左移和右移两种，均为双目运算符。

例如： 8 >> 3 （意思是8向右移动3位）第一运算对象是移位对象，第二个运算对象是所移的二进制位数。

2、逻辑移位与算术移位

在嵌入式开发中，移位操作是常用的一种运算。但是在进行移位运算的时候，如果没有考虑到有符号和无符号的移位区别，就很容易掉进陷阱，得不到我们想要的结果。

我们可以看下面例子，你们猜出结果么？

signedchar i = -125;

i= i >> 2;

cout<< (int)i;

return 0;

编译结果为：-32

为什么有这样的结果？首先介绍两个概念：逻辑移位和算数移位。

逻辑移位，简单理解就是物理上按位进行的左右移动，两头用0进行补充，不关心数值的符号问题。

算术移位，同样也是物理上按位进行的左右移动，两头用0进行补充，但必须确保符号位不改变。

算术移位指令

算术移位指令有：算术左移SAL(ShiftAlgebraic Left)和算术右移SAR(ShiftAlgebraic Right)。算术移位指令的功能描述如下：

（1）算术左移SAL把目的操作数的低位向高位移，空出的低位补0；

（2）算术右移SAR把目的操作数的高位向低位移，空出的高位用最高位(符号位)填补。

逻辑移位指令

此组指令有：逻辑左移SHL(ShiftLogical Left)和逻辑右移SHR(ShiftLogical Right)。逻辑左移/右移指令只有它们的移位方向不同，移位后空出的位都补0。

（1）逻辑左移SHL

（2）逻辑右移SHR

但我们好奇的是“i<<3”和“i>>3”到底采用的是算术还是逻辑移位呢？

首先了解一下《计算机原理及基础 —— 有符号类型和无符号类型》

通过sizeof查看在计算机中用几字节存储的，即8在计算机内是以0000 1000 形式还是以 0000 0000 0000 1000形式！

其次了解一下《原码、反码、补码之间的快速转换和简单运算》

查看有符号、无符号类型左移或者右移后的数值是多少！

左移

1、当向左边移动3位，采用的什么方式的移动？？？

#include <stdio.h>
int main()
{unsigned int ui = 8;ui = ui << 3;printf("ui = %d 无符号类型左移（正数）\n", ui);printf("sizeof(unsigned int ) = %d\n", sizeof(unsigned int));int i = 8;i = i << 3;printf("i = %d  有符号类型左移（正数）\n", i);printf("sizeof(int ) = %d\n", sizeof(int));int fi = -8;fi = fi << 3;printf("fi = %d  有符号类型左移（负数）\n", fi);return 0;
}

结果显示：
ui = 64 无符号类型左移（正数）
sizeof(unsigned int ) = 4
i = 64 有符号类型左移（正数）
sizeof(int ) = 4
fi = -64 有符号类型左移（负数）

分析：

移位对象	移位对象的二进制表示（4字节 32位）	所移的二进制位数	移位后的二进制	移位后的10进制	移位对象类型	移动方向	移位方式
8	0…0 0000 1000	3	0…0 0010 0000	64	unsigned int	左移	逻辑左移
8	0…0 0000 1000	3	0…0 0010 0000	64	int	左移	逻辑左移
-8	1…1 1111 1000	3	1…1 1100 0000	-64	int	左移	逻辑左移

结论：不管是否有无符号类型，也不管值的正负，均采用的是逻辑左移。

右移

1、当向右边移动3位，采用的什么方式的移动？？？

#include <stdio.h>
int main()
{unsigned int ui = 8;ui = ui >> 3;printf("ui = %d 无符号类型右移（正数）\n", ui);printf("sizeof(unsigned int ) = %d\n", sizeof(unsigned int));int i = 8;i = i >> 3;printf("i = %d  有符号类型右移（正数）\n", i);printf("sizeof(int ) = %d\n", sizeof(int));int fi = -8;fi = fi >> 3;printf("fi = %d  有符号类型右移（负数）\n", fi);return 0;
}

结果显示：
ui = 1 无符号类型右移（正数）
sizeof(unsigned int ) = 4
i = 1 有符号类型右移（正数）
sizeof(int ) = 4
fi = -1 有符号类型右移（负数）

分析：

移位对象	移位对象的二进制表示（4字节 32位）	所移的二进制位数	移位后的二进制	移位后的10进制	移位对象类型	移动方向	移位方式
8	0…0 0000 1000	3	0…0 0000 0001	1	unsigned int	右移	逻辑右移
8	0…0 0000 1000	3	0…0 0000 0001	1	int	右移	算术右移
-8	1…1 1111 1000	3	1…1 1111 1111	-1	int	右移	算术右移

结论：说明只要是有符号数，不管值是正还是负，右移时采用的都是算术右移。

再加一个实例：

(1)unsigned char x=3;
x<<1是多少？x>>1是多少？　
(2)char x=3;
x<<1是多少？x>>1是多少？
(3)char x=-3;
x<<1是多少？x>>1是多少？
　　3写成二进制数是00000011；-3写成二进制数是(补码)11111101。
　　程序执行的时候，操作的是数值的编码表示，也就是数值在内存中的二进制表示。比如说，程序取-3的时候，就去取11111101。
　　(1)对无符号数3来说，x<<1往左移一位，最左边的位移掉了，最右边的移进来的位补零。变成00000110，所以结果是6；x>>1往右边移一位，由于是无符号数，所以逻辑右移，最右边一位移掉，最左边移进来的位补零，变成00000001，所以结果是1。
　　(2)对于有符号数3来说，x<<1往左移一位，最左边的位移掉了，最右边的移进来的位补零。变成00000110，所以结果是6；x>>1往右边移一位，由于是有符号数，可能发生逻辑右移，也可能发生算术右移，这一点，C标准并没有明确地指定是使用逻辑右移还是算术右移。但大多数的机器都使用算术右移，变成00000001，所以结果还是1。但是请注意，这只是说大多数的机器是这样的，你敢保证自己不会碰到特殊情况吗？
　　(3)对于有符号数-3来说，x<<1往左移一位，最左边的位移掉了，最右边的移进来的位补零。变成11111010，结果是-6。往右移一位，由于是有符号数，可能发生逻辑右移，也可能发生算术右移。大多数机器使用算术右移，变成11111110，结果是-2。
　　总结：左移时总是移位和补零。右移时无符号数是移位和补零，此时称为逻辑右移;而有符号数大多数情况下是移位和补最左边的位（也就是补最高有效位），移几位就补几位,此时称为算术右移。

综上所述:

左移时总是移位和补零,无论是有符号类型数据还是无符号类型数据都统称为逻辑左移。
右移时无符号数是移位和补零，此时称为逻辑右移;
右移时而有符号数大多数情况下是移位和补最左边的位（也就是补最高有效位），移几位就补几位,此时称为算术右移。

参考连接：
1、https://blog.csdn.net/jiangjieqazwsx/article/details/79942154
2、https://blog.csdn.net/u013162035/article/details/78620803
3、https://blog.csdn.net/u012745229/article/details/51405332
4、https://www.baidu.com/link?url=gJVDtsgyNg83SN6nnAm5IAYLo-l9zh7T8UpVtVsngbRbqJw2GD3hYrv6OwES54FEZCDnlOhTP4z0Z6HmoOzSjX2fz8hxf9D5qYuFWibM_r_V3k39HksK5mpnFWHvosSt8EvtW9Gui5AEz-m0as7fFK&wd=&eqid=fa49686500000f6f000000025c2c6923