C++ 中的移位运算符

Question

如果移位运算符后的值 大于位数 左边的操作数，结果是 不明确的。如果左侧操作数是 无符号，右移是逻辑 移位，以便填充高位 带零。如果左侧操作数 是有符号的，右移可能或可能 不是逻辑移位（即 行为未定义）。

有人可以解释一下上面几行的意思吗？

Answer 1

这些行的含义并不重要，它们基本上是不正确的。

“如果移位运算符后的值
大于位数
左边的操作数，结果是
未定义。”

是正确的，但应该说“大于或等于”。5.8/1：

...如果以下情况，则行为未定义
右手操作数为负，或者
大于或等于长度
提升的左操作数的位。

未定义的行为意味着“不要这样做”（见下文）。也就是说，如果 int 在您的系统上是 32 位，那么您将无法有效地执行以下任何操作：

int a = 0; // this is OK
a >> 32;   // undefined behavior
a >> -1;   // UB
a << 32;   // UB
a = (0 << 32); // Either UB, or possibly an ill-formed program. I'm not sure.

“如果左侧操作数是无符号的，则右移是逻辑操作数移位，因此高位将用零填充。”

这是真的。 5.8/3 说：

如果 E1 具有无符号类型或如果 E1 有
有符号类型和非负值，
结果是的组成部分
E1 除以数量的商
2 的 E2 次方

如果这对您来说更有意义）。 >>1 与除以 2 相同，>>2 除以 4，>>3 除以 8 ， 等等。在正值的二进制表示中，除以 2 与将所有位向右移动 1、丢弃最小位并用 0 填充最大位相同。

"如果左侧操作数是有符号，右移可能是也可能不是逻辑移位（即行为未定义）。”

第一部分是正确的（它可能是也可能不是逻辑移位 - 它在某些编译器/平台上但我认为到目前为止最常见的行为不是）。第二部分是假的，行为不是未定义的。未定义的行为意味着任何事情都可以发生 - 碰撞、恶魔从你的鼻子里飞出来、随机值等等。标准不在乎。在很多情况下，C++ 标准表示行为未定义，但这不是其中之一。

事实上，如果左侧操作数有符号且值为正，则其行为与无符号移位相同。

如果左侧操作数有符号且值为负，则结果值是实现定义的。不允许坠毁或着火。实现必须产生结果，并且实现的文档必须包含足够的信息来定义结果。实际上，“实现文档”从编译器文档开始，但这可能会隐式或显式地将您引向操作系统和/或 CPU 的其他文档。

再次来自标准 5.8/3：

如果E1有符号类型和负数
值，结果值为
实现定义的。

Answer 2

我假设您知道转移意味着什么。假设您正在处理一个 8 位 char

unsigned char c;
c >> 9;
c >> 4;
signed char c;
c >> 4;

第一次转变，编译器可以自由地做任何它想做的事情，因为 9 > 。 8 [char 中的位数]。未定义的行为意味着所有的赌注都失败了，无法知道会发生什么。第二个转变是明确的。左侧有 0：11111111 变为 00001111。与第一个转变一样，第三个转变也是未定义的。

请注意，在第三种情况下，c 的值是什么并不重要。当它引用signed时，它表示变量的类型，而不是实际值是否大于零。 signed char c = 5 和 signed char c = -5 都是有符号的，向右移位是未定义的行为。

Answer 3

如果移位运算符后的值大于左侧操作数中的位数，则结果未定义。

这意味着 (unsigned int)x >>> 33 可以做任何事情 ^[1]。

如果左侧操作数无符号，则右移是逻辑移位，因此高位将用零填充。

这意味着 0xFFFFFFFFu >>> 4 必须是 0x0FFFFFFu

如果左侧操作数有符号，则右移可能是也可能不是逻辑移位（即行为未定义）。

这意味着 0xFFFFFFFF >> 4 可以是0xFFFFFFFF（算术移位）或0x0FFFFFFF（逻辑移位）或物理定律允许的任何内容，即结果未定义。

^{[1]：在具有 32 位 int 的 32 位机器上。}

Answer 4

如果移位运算符后的值
大于位数
左边的操作数，结果是
未定义。

如果尝试将 32 位整数移位 33，则结果是未定义的。即，它可能全为零，也可能不全零。

如果左侧操作数无符号，
右移是逻辑移位，所以
高位将被填充
零。

无符号数据类型右移时将用零填充。

所以1100>> 1==0110

如果左侧操作数有符号，
右移可能是也可能不是
逻辑转变（即行为
未定义）。

如果数据类型是有符号的，则行为未定义。有符号数据类型以特殊格式存储，其中最左边的位表示正或负。因此，对有符号整数进行移位可能不会达到您的预期。有关详细信息，请参阅维基百科文章。

http://en.wikipedia.org/wiki/Logical_shift

Answer 5

为了提供一些背景信息，这是该段落的开头：

移位运算符也可以操作位。左移运算符 (<<) 产生运算符左侧的操作数，向左移动运算符后面指定的位数。右移运算符 (>>) 将运算符左侧的操作数向右移动运算符后面指定的位数。

现在剩下的，有解释：

如果移位运算符后的值大于左侧操作数中的位数，则结果未定义。

如果您有一个 32 位整数，并且尝试位移 33 位，则这是不允许的，并且结果是未定义的。换句话说，结果可能是任何结果，否则你的程序可能会崩溃。

如果左侧操作数无符号，则右移是逻辑移位，因此高位将用零填充。

这表示它被定义为编写 a >> b 当 a 是无符号整数时。当右移时，最低有效位被删除，其他位向下移动，最高有效位变为零。

换句话说：

This:    110101000101010 >> 1
becomes: 011010100010101

如果左侧操作数有符号，则右移可能是也可能不是逻辑移位（即行为未定义）。

实际上，我相信这里的行为是当 a 为负数时定义的实现，以及当 a 为正数时定义的行为，而不是引用中建议的未定义。这意味着如果您执行 a >> b 当a 是负整数时，可能会发生许多不同的情况。要查看您获得的结果，您应该阅读编译器的文档。常见的实现是，如果数字为正，则移入 0；如果数字为负，则移入 1，但如果您希望编写可移植代码，则不应依赖此行为。

Answer 6

我认为关键词是“未定义”，这意味着规范没有说明应该发生什么。大多数编译器在这种情况下会做一些明智的事情，但通常不能依赖于任何行为。通常最好避免调用未定义的行为，除非您使用的编译器的文档说明了它在特定情况下的作用。

第一句话表示，如果您尝试将 32 位值移位超过 32 位，则它是未定义的。

第二个表示，如果将无符号整数右移，左侧的位将被零填充。

第三个表示，如果将有符号 int 右移，则未定义将放入左手位的内容。