深入理解C++移位運算符

關于邏輯移位、算術移位可參見迅雷深大筆試題部分。的一道題。

以前看到C++標準上說，移位運算符（<<、>>）出界時的行為并不確定：

The behavior is undefined if the right operand is negative, orgreater than or equal to the length in bits of the promoted left operand.

我當時也沒有深究過這個問題。前幾天有個網友來信問起這件事，我才發現，這和IntelCPU的移位運算有關。下面是那位網友的來信以及我的回復：

您好！運算符<<作為位操作中的高效的操作，但我遇到一個問題：下面在VC環境下發現一個很不明白的地方，下面標注。

#include <stdio.h>

void main(){  unsigned int i,j;  i=35;   //為什么下面兩個左移操作結果不一樣？  j=1<<i; // j為8  j=1<<35; // j為0}

不知是哪里沒有理解對。

原因是這樣的：i=35;j=1<<i;這兩句在VC沒有做優化的情況下，將被編譯成下面的機器指令：

mov dword ptr [i],23h

mov eax,1

mov ecx,dword ptr [i]

shl eax,cl

mov dword ptr [j],eax

在shl一句中，eax=1，cl=35。而IntelCPU執行shl指令時，會先將cl與31進行and操作，以限制左移的次數小于等于31。因為35 & 31 =3，所以這樣的指令相當于將1左移3位，結果是8。

而j=1<<35;一句是常數運算，VC即使不做優化，編譯器也會直接計算1<<35的結果。VC編譯器發現35大于31時，就會直接將結果設置為0。這行代碼編譯產生的機器指令是：

mov dword ptr [j],0

對上面這兩種情況，如果把VC編譯器的優化開關打開（比如編譯成Release版本），編譯器都會直接將結果設置為0。

所以，在C/C++語言中，移位操作不要超過界限，否則，結果是不可預期的。

http://hovertree.com/menu/cpp/

下面是Intel文檔中關于shl指令限制移位次數的說明：

The destination operand can be a register or a memory location.The count operand can be an immediate value or register CL. The count is maskedto 5 bits, which limits the count range to 0 to 31. A special opcode encodingis provided for a count of 1.

1.掩碼

就是一串2進制對目標字段進行位與運算，屏蔽當前的輸入位。

將源碼與掩碼經過邏輯運算得出新的操作數。其中要用到邏輯運算如OR運算。AND運算。用于如將ASCLL碼中大寫字母改作小寫字母。

2.與或異或轉換成補碼運算

3. 用法：掩碼（&）

4. 用法：打開位（|）

5.用法：關閉位（&~）

6. 用法：轉置位（^）

7. 將Value的第bit_number位置1 Value |= 1 << bit_number;

8. 將Value的第bit_number位置0 Value &= ~( 1 << bit_number );

9.value & 1 << bit_number 如果該位置已被置為1，則表達式的結果為非零值

C/C ++提供位邏輯運算符和移位運算符。二者只能用于整形和字符型。位運算符是對每位進行操作而不影響左右兩位，這有別于常規運算符（&&|| !）是將整個數進行操作的。

一．位邏輯運算符

1． ~ 按位取反

將1變為0，將0變為1

EG：

~(10011010)

(01100101)

注：

VC++編譯器，計算～10，得出的結果是－11。為什么不是5呢

10的二進制表示為1010，按位取反應該為0101，也就是十進制的5，為什么會得出－11？

VC是32位編譯器，所以

10 = 00000000 00000000 00000000 00001010

~10 = 11111111 11111111 11111111 11110101 = -11

可以通過掩碼（位與）與15位與

15 = 00000000 00000000 00000000 00001111

~10 = 00000000 00000000 00000000 00000101 = -11

2． & 按位取與

只有兩個操作數都是1結果才是1，否則為0

10 = 00000000 00000000 00000000 00001010

12 = 00000000 00000000 00000000 00001100

8 = 00000000 00000000 00000000 00001000

3． | 按位取或

兩個操作數任意一位為1結果就是1

10 = 00000000 00000000 00000000 00001010

12 = 00000000 00000000 00000000 00001100

14 = 00000000 00000000 00000000 00001110

4． ^ 按位異或

兩個操作數不同為1，相同為0

10 = 00000000 00000000 00000000 00001010

12 = 00000000 00000000 00000000 00001100

14 = 00000000 00000000 00000000 00000110

5．用法：掩碼

掩碼是通過&（位與）將某些位設置為開（1），將某些位設置為關（0）。將掩碼0看做不透明，將1看著透明。

EG：

如只顯示第二、三位

107 = 0110 1011

6 = 0000 0110

2 = 0000 0010

6．用法：打開位

打開位是通過 |（位或）打開一個值的特定位，同時保持其他位的不變。這是因為和0位或都為0，和1位或都為1。

EG：

如只打開第二、三位

107 = 0110 1011

6 = 0000 0110

111 = 0110 1111

7．用法：關閉位

關閉某些位

EG：

如關閉第二、三位

107 = 0110 1011

6 = 0000 0110

& ~

105 = 0110 1001

8．用法：轉置位

如果一位為1則轉置為0，如果一位為1則轉置為0

EG：

如轉置第二、三位

107 = 0110 1011

6 = 0000 0110

105 = 0110 1101

二．移位運算符

<< 左移

左移運算符是把操作數的值的每一位向左移動，移動的位數有右邊的操作數決定，右側空出的位數用0填充

EG：

如轉置第二、三位

107 = 0110 1011 <<2

172 = 1010 1100

在計算機中由于是32位的

107 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 1011 <<2

428 = 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1010 1100

>> 右移

右移運算符是把操作數的值的每一位向右移動，移動的位數有右邊的操作數決定，左邊丟棄的位數用0填充

EG：

如轉置第二、三位

107 = 0110 1011 >>2

26 = 0001 1010

一、傳統的C方式位操作：

1.基本操作：

使用一個unsigned int變量來作為位容器。

2.操作符：

| 按位或操作符：result=exp1|exp2;當exp1和exp2中對應位中至少有一個為1時，result中對應位為1，否則為0。

& 按位與操作符：：result=exp1&exp2;當exp1和exp2中對應位全為1時，result中對應位為1，否則為0。

^ 按位異或或操作符：result=exp1^exp2;當exp1和exp2中對應位不相同時，result中對應位為1，否則為0。

~ 反轉操作符：將位容器中的所有位都反轉，1變為0，0變為1。

<< 按位左移操作符：exp<<n，將容器中所有的位向左移n位，空出的位用0填充。

>> 按位右移操作符：exp>>n，將容器中所有的位向右移n位，空出的位用0填充。

|=,&=,^= 分別對應|&^三種操作符的復合操作符。

3.常用操作

這里我們假設有一個result的unsigned int變量用來儲存32個學生的成績（通過和不通過分別用0和1），這樣result就有33位（result從右至左，從0開始計算位數，在這個例子中0位被浪費）。

(a) 將第27位設置為及格（設作1）其他位不變：

result|＝(1<<27) //任意的位值與1作按位或操作其值為1，而與0作按位與操作其值不變

(b) 將第27位設置成不及格（設為0）。

result&=~(1<<27) //任意的位值與0作按位與操作其值為0，而與1作按位與操作其值不變

result^=(1<<27) //任意的位值與1作按位異或操作其值為1，而與0作按位異與操作其值不變

二、C++中的bitset容器

1.頭文件：

#include <bitset>

2.聲明一個容器：

(a)聲明一個指定位數的空容器（所有位設為0）: bitset<int> bits;

(b)聲明一個指定位數并將指定的幾個位初始化為相應值的容器： bitset<n> bits(int);

bitdet<int> bits(string&)

總結：bitset模板類中類型參數傳遞容器的位數，而構造函數參數通過一個int或一個string&值來從右至左初始化容器中的相應值。

3.bitset的基本用法：

操作	功能	用法
test(pos)	pos位是否為1?	a.test(4)
any()	任意位是否為1?	a.any()
none()	是否沒有位為1?	a.none()
count()	值是1的位的小數	count()
size()	位元素的個數	size()
[pos]	訪問pos位	a[4]
flip()	翻轉所有位	a.flip()
flip(pos)	翻轉pos位	a.flip(4)
set()	將所有位置1	a.set()
set(pos)	將pos位置1	a.set(4)
reset()	將所有位置0	a.reset()
reset(pos)	將pos位置0	a.reset(4)

4.bitset與傳統C位操作及字符串的轉換

可以通過to_string()成員將容器轉輸出為一個string字符串，另外還可以用to_long()成員將容器輸出到傳統的用于C風格的位容器中。如：

unsigned long bits = bits.to_long();

sting str(bits.to_string());

以上這篇深入理解C++移位運算符就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持VEVB武林網。