在 C 語言中使用位移操作
Jinku Hu
2023年10月12日
本文將介紹幾種在 C 語言中使用位移操作的方法。
在 C 語言中使用 << 運算子將數字向左移位的方法
位移操作是每一種程式語言的一部分，它們將整數運算元的每個位重新定位到指定的位數。為了更好地展示這些操作的效果，我們在下面的例子中加入了名為 binary 的函式，它可以列印給定整數的二進位制表示。請注意，這個函式只實現了對 32 位整數值的操作。下面的示例程式碼演示了左移兩個位置並相應地顯示數字表示。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void binary(unsigned n) {
unsigned i;
for (i = 1 << 31; i > 0; i /= 2) (n & i) ? printf("1") : printf("0");
}
int main(int argc, char *argv[]) {
int n1 = 123;
binary(n1);
printf(" : %d\n", n1);
n1 <<= 2;
binary(n1);
printf(" : %d\n", n1);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
輸出：
00000000000000000000000001111011 : 123
00000000000000000000000111101100 : 492
在 C 語言中使用左移位來實現整數乘以二的計算
我們可以利用左移操作來實現乘二的計算，這樣可以提高硬體上的效率。需要注意的是，左移位時，算術移位和邏輯移位沒有區別。對於給定的整數，單位移位的結果是乘法，因此我們可以進一步移位，相應地得到乘法的結果。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void binary(unsigned n) {
unsigned i;
for (i = 1 << 31; i > 0; i /= 2) (n & i) ? printf("1") : printf("0");
}
int main(int argc, char *argv[]) {
int n1 = 123;
printf("%d\n", n1);
n1 <<= 1;
printf("%d x2\n", n1);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
輸出：
492
984 x2
C 語言中的右移-算術與邏輯移位的區別：
應該提到，有符號和無符號整數在下面的表示方式不同。也就是說，有符號的整數是作為二的補碼值來實現的。因此，負數最重要的位是 1，稱為符號位，而正數整數則照常以 0 開始。因此，當我們對負數進行邏輯右移時，就會失去其符號，得到正整數。所以，我們需要區分邏輯移位和算術移位，後者保留了最重要的位。即使概念之間有區別，C 語言也沒有提供單獨的運算子。此外，C 語言標準沒有規定標準行為，不同的硬體會有不同的實現。如下面的示例輸出所示，底層機器進行了算術轉移，並保留了整數的負值。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void binary(unsigned n) {
unsigned i;
for (i = 1 << 31; i > 0; i /= 2) (n & i) ? printf("1") : printf("0");
}
int main(int argc, char *argv[]) {
int n2 = -24;
binary(n2);
printf(" : %d\n", n2);
n2 >>= 3;
binary(n2);
printf(" : %d\n", n2);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
輸出：
11111111111111111111111111101000 : -24
11111111111111111111111111111101 : -3
