在 C 语言中使用位移操作
Jinku Hu
2023年10月12日
本文将介绍几种在 C 语言中使用位移操作的方法。
在 C 语言中使用 << 运算符将数字向左移位的方法
位移操作是每一种编程语言的一部分，它们将整数操作数的每个位重新定位到指定的位数。为了更好地展示这些操作的效果，我们在下面的例子中加入了名为 binary 的函数，它可以打印给定整数的二进制表示。请注意，这个函数只实现了对 32 位整数值的操作。下面的示例代码演示了左移两个位置并相应地显示数字表示。
#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);
}
输出：
00000000000000000000000001111011 : 123
00000000000000000000000111101100 : 492
在 C 语言中使用左移位来实现整数乘以二的计算
我们可以利用左移操作来实现乘二的计算，这样可以提高硬件上的效率。需要注意的是，左移位时，算术移位和逻辑移位没有区别。对于给定的整数，单位移位的结果是乘法，因此我们可以进一步移位，相应地得到乘法的结果。
#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);
}
输出：
492
984 x2
C 语言中的右移-算术与逻辑移位的区别：
应该提到，有符号和无符号整数在下面的表示方式不同。也就是说，有符号的整数是作为二的补码值来实现的。因此，负数最重要的位是 1，称为符号位，而正数整数则照常以 0 开始。因此，当我们对负数进行逻辑右移时，就会失去其符号，得到正整数。所以，我们需要区分逻辑移位和算术移位，后者保留了最重要的位。即使概念之间有区别，C 语言也没有提供单独的运算符。此外，C 语言标准没有规定标准行为，不同的硬件会有不同的实现。如下面的示例输出所示，底层机器进行了算术转移，并保留了整数的负值。
#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);
}
输出：
11111111111111111111111111101000 : -24
11111111111111111111111111111101 : -3
