關(guān)于邏輯移位、算術(shù)移位可參見迅雷深大筆試題部分。的一道題。

以前看到C++標(biāo)準(zhǔn)上說，移位運(yùn)算符（<<、>>）出界時(shí)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(dāng)時(shí)也沒有深究過這個(gè)問題。前幾天有個(gè)網(wǎng)友來信問起這件事，我才發(fā)現(xiàn)，這和IntelCPU的移位運(yùn)算有關(guān)。下面是那位網(wǎng)友的來信以及我的回復(fù)：

您好！運(yùn)算符<<作為位操作中的高效的操作，但我遇到一個(gè)問題：下面在VC環(huán)境下發(fā)現(xiàn)一個(gè)很不明白的地方，下面標(biāo)注。

#include <stdio.h>

void main()

{

  unsigned int i,j;

  i=35;

 

  //為什么下面兩個(gè)左移操作結(jié)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(duì)。

原因是這樣的：i=35;j=1<<i;這兩句在VC沒有做優(yōu)化的情況下，將被編譯成下面的機(jī)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(zhí)行shl指令時(shí)，會(huì)先將cl與31進(jìn)行and操作，以限制左移的次數(shù)小于等于31。因?yàn)?5 & 31 =3，所以這樣的指令相當(dāng)于將1左移3位，結(jié)果是8。

而j=1<<35;一句是常數(shù)運(yùn)算，VC即使不做優(yōu)化，編譯器也會(huì)直接計(jì)算1<<35的結(jié)果。VC編譯器發(fā)現(xiàn)35大于31時(shí)，就會(huì)直接將結(jié)果設(shè)置為0。這行代碼編譯產(chǎn)生的機(jī)器指令是：

mov dword ptr [j],0

對(duì)上面這兩種情況，如果把VC編譯器的優(yōu)化開關(guān)打開（比如編譯成Release版本），編譯器都會(huì)直接將結(jié)果設(shè)置為0。

所以，在C/C++語言中，移位操作不要超過界限，否則，結(jié)果是不可預(yù)期的。

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

下面是Intel文檔中關(guān)于shl指令限制移位次數(shù)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(jìn)制 對(duì)目標(biāo)字段進(jìn)行位與運(yùn)算，屏蔽當(dāng)前的輸入位。

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

2.與 或 異或 轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼運(yùn)算

3.  用法：掩碼 （&）

4. 用法：打開位 （|）

5.用法：關(guān)閉位 （&~）

6. 用法：轉(zhuǎn)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(dá)式的結(jié)果為非零值

C/C ++提供位邏輯運(yùn)算符和移位運(yùn)算符。二者只能用于整形和字符型。位運(yùn)算符是對(duì)每位進(jìn)行操作而不影響左右兩位，這有別于常規(guī)運(yùn)算符（&&|| !）是將整個(gè)數(shù)進(jìn)行操作的。

一．    位邏輯運(yùn)算符

1．    ~ 按位取反

將1變?yōu)?，將0變?yōu)?

EG：

~(10011010)

(01100101)

注：

VC++編譯器，計(jì)算～10，得出的結(jié)果是－11。為什么不是5呢

10的二進(jìn)制表示為1010，按位取反應(yīng)該為0101，也就是十進(jìn)制的5，為什么會(huì)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(gè)操作數(shù)都是1結(jié)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(gè)操作數(shù)任意一位為1結(jié)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(gè)操作數(shù)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(shè)置為開（1），將某些位設(shè)置為關(guān)（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(gè)值的特定位，同時(shí)保持其他位的不變。這是因?yàn)楹?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(guān)閉位

關(guān)閉某些位

EG：

如關(guān)閉第二、三位

107 = 0110 1011

6    = 0000 0110

& ~

105 = 0110 1001

8．    用法：轉(zhuǎn)置位

如果一位為1則轉(zhuǎn)置為0，如果一位為1則轉(zhuǎn)置為0

EG：

如轉(zhuǎn)置第二、三位

107 = 0110 1011

6    = 0000 0110

^

105 = 0110 1101

二．    移位運(yùn)算符

1. << 左移

左移運(yùn)算符是把操作數(shù)的值的每一位向左移動(dòng)，移動(dòng)的位數(shù)有右邊的操作數(shù)決定，右側(cè)空出的位數(shù)用0填充

EG：

如轉(zhuǎn)置第二、三位

107 = 0110 1011 <<2

<<

172 = 1010 1100

       在計(jì)算機(jī)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

1. >> 右移

右移運(yùn)算符是把操作數(shù)的值的每一位向右移動(dòng)，移動(dòng)的位數(shù)有右邊的操作數(shù)決定，左邊丟棄的位數(shù)用0填充

EG：

如轉(zhuǎn)置第二、三位

107 = 0110 1011 >>2

>>

26 = 0001 1010

一、傳統(tǒng)的C方式位操作：

1.基本操作：

   使用一個(gè)unsigned int變量來作為位容器。

2.操作符：

|   按位或操作符：result=exp1|exp2;當(dāng)exp1和exp2中對(duì)應(yīng)位中至少有一個(gè)為1時(shí)，result中對(duì)應(yīng)位為1，否則為0。

&  按位與操作符：：result=exp1&exp2;當(dāng)exp1和exp2中對(duì)應(yīng)位全為1時(shí)，result中對(duì)應(yīng)位為1，否則為0。

^  按位異或或操作符：result=exp1^exp2;當(dāng)exp1和exp2中對(duì)應(yīng)位不相同時(shí)，result中對(duì)應(yīng)位為1，否則為0。

~  反轉(zhuǎn)操作符：將位容器中的所有位都反轉(zhuǎn)，1變?yōu)?，0變?yōu)?。

<< 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(duì)應(yīng)|&^三種操作符的復(fù)合操作符。

3.常用操作

   這里我們假設(shè)有一個(gè)result的unsigned int變量用來儲(chǔ)存32個(gè)學(xué)生的成績(jī)（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(jì)算位數(shù)，在這個(gè)例子中0位被浪費(fèi)）。

(a) 將第27位設(shè)置為及格（設(shè)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(shè)置成不及格（設(shè)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

(c) 反轉(zhuǎn)第27位的值。

   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(gè)容器：

 (a)聲明一個(gè)指定位數(shù)的空容器（所有位設(shè)為0）: bitset<int> bits;

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

     bitdet<int> bits(string&)

總結(jié)：bitset模板類中類型參數(shù)傳遞容器的位數(shù)，而構(gòu)造函數(shù)參數(shù)通過一個(gè)int或一個(gè)string&值來從右至左初始化容器中的相應(yīng)值。

3.bitset的基本用法：

4.bitset與傳統(tǒng)C位操作及字符串的轉(zhuǎn)換

   可以通過to_string()成員將容器轉(zhuǎn)輸出為一個(gè)string字符串，另外還可以用to_long()成員將容器輸出到傳統(tǒng)的用于C風(fēng)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(yùn)算符就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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