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C语言--位运算补遗 (转载)
作者:未知 时间:2005-09-13 23:28 出处:Blog.ChinaUnix.net 责编:chinaitpower
              摘要:C语言--位运算补遗 (转载)

C语言--位运算补遗

摘自http://spaces.msn.com/members/drmelon/

      今早ssjjll问我一个位操作的问题,原本以为很easy的,可是程序的输出总是不尽人意。开始认为是编译器的错误,后来看文档才知道是自己学业不精,乃功力不足所致。失望!对C我一直认为全掌握了,而C++也练到了7、8重的境界,不料今日还是阴沟翻船。记下来,勿忘瓜耻!

C语言--位运算补遗

      今早ssjjll问我一个位操作的问题,原本以为很easy的,可是程序的输出总是不尽人意。开始认为是编译器的错误,后来看文档才知道是自己学业不精,乃功力不足所致。失望!对C我一直认为全掌握了,而C++也练到了7、8重的境界,不料今日还是阴沟翻船。记下来,勿忘瓜耻!

先看出现问题的代码:

 int a = 32;
 int x = 0xFFFFFFFF;
 cout << int(0xFFFFFFFF >> 32) << endl;
 cout << int(x >> 32) << endl;
 cout << int(0xFFFFFFFF >> a) << endl;

输出:VC7.1 Debug 为 0,  -1,  -1.   Release为 0, 0, 0.
疑点:
     
sizeof(int)==4。所以左移32位后,我认为int变量应该被清0了。但输出结果却不一致,更奇怪的是debug/release的输出也不一样。我当时猜测是int应该改为unsigned int的问题,(后来发现直觉有一定道理,但不是问题关键)。把程序改为全用unsigned int,输出不变!也就是:
      unsigned 0xFFFFFFFF 右移32次,居然还得到0xFFFFFFFF!更加想不通了。

解答:
      仔细看了一下C/C++ Standard和MSDN,原来是我对位移操作的理解不够完备所致。
1. 所有的位移操作的右操作数必须小于左操作数的位长度,否则结果未定义
2. 右移操作对于unsigned系列,高位一直补0。对于signed系列,高位补符号位
3. 在操作过程当中,有可能产生Integral Promotions。这就比较复杂了。C++中采用和C一样的策略,提升后的的量总是“保值的”,即原有的bit值不变;但不一定是“保号的”。运算中,如果char/bit field不能保持全部的值,就会被提升到int型,如果int也不能保存全部的值就会被提升至unsigned。有几种罕见的情况,保值和保号的运算会导致不同的值:
(1) /, %, /=, %=, <, <=, >, >=
运算依赖于符号,应用时可能导致不同结果。
(2)>>, >>= 运算有时依赖于符号位。
(3)函数重载参数可能依赖于符号。

由此可见,上述程序的位操作次数大于等于了整数的位数,输出结果不确定也是正常的。为了彻底理解这个问题,再作下面的试验:

 int a = 31;
 int x = 0xFFFFFFFF;
 cout << typeid(0xFFFFFFFF).name() << endl;
 cout << typeid(0x0FFFFFFF).name() << endl;
 cout << int(0xFFFFFFFF >> 31) << endl;
 cout << int(x >> 31) << endl;
 cout << int(0xFFFFFFFF >> a) << endl;

输出:Debug/Release下均为 unsigned int, int, 1, -1, 1
这里可以清楚地看到
0xFFFFFFFF之内被unsigned int放下,所以其类型是unsigned int;而0x0FFFFFFF一个int就能放下了,所以类型是int。两个1的输出没什么好说的。-1的输出是因为x为有符号数,且符号位是1,所以高位补1,结果总不变。但这个1和-1的差异的确够隐晦的。

总结经验:当对变量进行位移操作时,逻辑上应该尽可能使用无符号数。位移长度应严格控制在字长以内。

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