c语言中左移和右移动的原理

在嵌入式开发中，移位操作是常用的一种运算。但是在进行移位运算的时候，如果没有考虑到有符号和无符号的移位区别，就很容易掉进陷阱，得不到我们想要的结果。

我们可以看下面例子，你们猜出结果么？

signedchar i = -125;

    i= i >> 2;

    cout<< (int)i;

return 0;

编译结果为：-32

为什么有这样的结果？首先介绍两个概念：逻辑移位和算数移位。

逻辑移位，简单理解就是物理上按位进行的左右移动，两头用0进行补充，不关心数值的符号问题。

算术移位，同样也是物理上按位进行的左右移动，两头用0进行补充，但必须确保符号位不改变。

算术移位指令

算术移位指令有：算术左移SAL(ShiftAlgebraic Left)和算术右移SAR(ShiftAlgebraic Right)。算术移位指令的功能描述如下：

（1）算术左移SAL把目的操作数的低位向高位移，空出的低位补0；

      

（2）算术右移SAR把目的操作数的高位向低位移，空出的高位用最高位(符号位)填补。

      

逻辑移位指令

此组指令有：逻辑左移SHL(ShiftLogical Left)和逻辑右移SHR(ShiftLogical Right)。逻辑左移/右移指令只有它们的移位方向不同，移位后空出的位都补0。

（1）    逻辑左移SHL 

（2）    逻辑右移SHR 

 

但我们好奇的是“i<<3”和“i>>3”到底采用的是算术还是逻辑移位呢？其实单从C语言本身来看可能没有太多突破，

因为C最终会被编译器编译成目标平台的汇编代码，所以必须要结合编译器和汇编程序来分析以上代码。

在vs 2015中，按F9可以设置一个断点，然后调试运行，快捷键 CTRL+ALT+D进入反汇编。（本科痛苦的半个月学习的汇编，总还是用上了，嘚瑟）。

以下几种情况：

（1）当i是无符号整形时，向左移动3位，采用的是逻辑左移。

unsigned int i = 8;

i = i<<3;//输出结果i = 64

 

 

（2）当i是有符号整形时，向左移动3位，采用的也是是逻辑左移。

int i = 8;

i = i<<3;//输出结果i = 64

 

 

结论：不管是否有无符号类型，也不管值的正负，均采用的是逻辑左移。

 （3）当i是无符号整形时，向右移动3位，采用的也是是逻辑右移。

unsigned int i = 8;

int main()

{

    i = i>>3;//输出结果i = 1

}

 

 

（4）当i是有符号整形时，向右移动3位，采用的是算术右移。

int i = 8;

int main()

{

    i = i>>3;//输出结果i = 1

    return0;

}

 

 

（5）负数时，当把unsigned int i =-8时(在32位window系统下)，右移动三位：

 

 

（6）当int i=-8时，右移动三位，结果多少呢？结果是-1

 

 

结论：说明只要是有符号数，不管值是正还是负，右移时采用的都是算术右移。

疑问：按照移位补0的原则，为何左移都是逻辑移位呢？

答疑：先看看“－8”和“8”在计算机内存中的值分别是：

0xfffffff8

0x8

由于计算机均按补码保存数值，所以不管符号正负，左移对于符号位并不产生影响，而右移则就不同了，无符号数怎么右移都不影响符号位，但是有符号数逻辑右移时高位补0将改变符号位，所以只能采用算术右移。

 

总结：只有有符号数右移才采用算术右移，否则其它情况都采用逻辑移位操作(逻辑左移或逻辑右移)。原来只要明白计算机是以补码方式保存数值的，就一切都清楚了。