C语言左移右移操作符

看到过很多C语言中的移位操作相关的博文，但是这些博文之间的深度实在是差别太大了，对于初学者来说，想要弄明白移位操作并不容易，有的博文仅仅是讲了怎么进行位移，初学者可能会因此写下bug，有的博文虽然到位但只是泛泛而过，让初学者难以理解。此文章由博主查阅多处博客、课程整理，主要面向初学者，同时又不乏深度，由浅及深，助力初学者更好地掌握C语言左移右移操作符。

移位是将数值向左向右移动，对于十进制来说就是实现放大十倍和缩小十倍的效果，而对于二进制而言就是放大两倍和缩小两倍的效果。

大部分的C编译器，用移位的方法得到代码比调用乘除法子程序生成的代码效率高。

在C语言中，char、short、int、long、unsigned char、unsigned short、unsigned int、unsigned long都可以进行移位操作，而double、float、bool、long double则不可以进行移位操作。

移位操作符分为算术移位和逻辑移位：

算术移位右边丢弃，左边补上原符号位，符号位和原首位之间补0，在visual studio中进行的是算术移位；

逻辑移位，就是不考虑符号位，移位的结果只是数据所有的位数进行移位。根据移位操作的目的，左移时，低位补0，右移时，高位补0。对于有符号数而言，逻辑位移没有太大意义，如果一个负数，逻辑右移，结果就会变成正数，例如10000101=-5>>1=01000010=66。

对于无符号类型的数据，所有移位操作都是逻辑移位。

对于有符号类型的数据，依据编译器不同而选择到底采用逻辑移位还是算术移位。（所以平台不同会导致移植性问题！）本例中，Visual Studio 2019进行的是算数移位，若想达到逻辑右移的效果C语言中可以利用“((unsigned int)(-5))>>n”来达到逻辑右移的效果（这里强调一样的效果，至于原理是否相通值得深究），这样最高位就就是补0了。

1）右移

右移操作符移动的是二进制位。

我们现在定义变量a，并赋值为-1，那么它在内存里存储为10000000 00000000 00000000 00000001

进行移位操作时，是对a的补码进行移位，也就是对

11111111 11111111 11111111 11111111 进行移位

int main()

{

int a = -1;

//a为10000000 00000000 00000000 00000001

//移位时移动的是11111111 11111111 11111111 11111111

return 0;

}

接下来我们对a进行移位操作，向右移动一位

#include <stdio.h>

int main()

{

int a = -1;

int b = a>>1;

printf("%d\n",b);

return 0;

}

在进行调试后，发现得到的值仍为-1

 

这是因为移位时是对数值的补码进行移位，并且是进行的算术移位（上文有提到Visual Studio 2019进行的是算数移位）。

-1的补码为

11111111 11111111 11111111 11111111

右移1位可得

0111111 11111111 11111111 111111111

符号位补1

11111111 11111111 11111111 11111111

打印时还原成原码为

10000000 00000000 00000000 00000001

我们现在定义变量a，并赋值为16，对其进行向右移1位的操作

a为00000000 00000000 00000000 00010000

此时a为正数，补码与原码相同。

#include <stdio.h>

int main()

{

int a = 16;

int b = a>>1;

printf("%d\n",b);

return 0;

}

在进行调试后，在进行调试后，发现得到的值为8

 

我们对其移位过程进行分析：

16的补码为

00000000 00000000 00000000 00010000

右移1位可得

00000000 00000000 00000000 00001000

移位前，根据二进制转十进制法则可得a=1*2^4=16

移位后，同上法则可得a=1*2^3=8

如果再对a右移1位可以得到4，这里不再演示。

这里可以发现右移有除以2的效果，向右移几位就是除以2的几次幂

但是有符号整数向右移位运算不等同于除以2的某次幂，如(-1)/2和(-1)>>1，前者的结果一般是0，后者一般是-1，所以在C语言中，负数向右移动1位并不等同于除以2。

此外，负的偶数向右移动1位也是除以2，负的奇数向右移动1位等于此数除以2，再减1，可自行调试。

2）左移

左移相对右移更为简单，即左边丢弃，右边补0，统统进行逻辑移位。

我们现在定义变量a，并赋值为5，那么它在内存里存储为00000000 00000000 00000000 00000101

也就是要对00000000 00000000 00000000 00000101进行移位

#include <stdio.h>

int main()

{

int a = 5;

int b = a << 1;

printf("%d\n", b);

return 0;

}

经调试，可得到10

 

如果对5向左移2位可得到20，这里不再演示，可见左移有乘以2的效果。

如果对负数进行左移，如-1

#include <stdio.h>

int main()

{

int a = -1;

int b = a << 1;

printf("%d\n", b);

return 0;

}

经调试可得-2

但这并不意味着符号位不动，也不意味着所有的负数左移能得到乘以2的效果，上文提到过左移操作是对补码进行操作。打印时候是对原码进行打印。很多人都把左移当成是对原码左移了，所以也不是符号位不动。

是因为-1的补码中有太多的1，-1的补码为11111111 11111111 11111111 11111111，向左移动1位并不会影响到后边的1成为符号位，位数足够所以最高位仍为1。

现在对-1073741825向左移1位

#include <stdio.h>

int main()

{

int a = -1073741825;

int b = a << 1;

printf("%d\n", b);

return 0;

}

经调试发现结果为正数

 

这是因为

-1073741825的补码为

10111111 11111111 11111111 11111111

左移1位可得

01111111 11111111 11111111 11111110

由于符号位为0此时原码和移位过的补码相等，打印的是下边的原码

01111111 11111111 11111111 11111110

对于正数来说，虽然左移不需要考虑符号位，但也要保证位数足够，不然高位会被舍弃！这里不再演示。

上文已提到过

大部分的C编译器，用移位的方法得到代码比调用乘除法子程序生成的代码效率高。

有人倾向用移位代替乘除法，这样效率高得多。但是请注意一下数据类型，到底是几位的，左移时会不会由于位数不够而高位被舍弃？符号位会不会改变？若位数不够或符号位改变，通过移位来代替乘除法就会产生bug。

如有错误或需要补充，欢迎与博主联系和探讨。

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