一、移位运算符的概念
C++ 中有两个移位运算符：左移运算符 << 和右移运算符 >>。它们都是二元运算符。
移位运算符左边的操作数是需要移位的值，右边的操作数是移位的位数。
二、左移运算
左移运算将一个数的二进制位向左移动指定的位数。左移后，低位补 0，移出的高位舍弃。
形式：操作数 << 位数
示例：5 << 2
5 的二进制表示为 00000101，左移 2 位后变为 00010100，即十进制的 20。
左移 n 位相当于将原数乘以 2 的 n 次方（在不溢出的情况下）。
三、右移运算
右移运算将一个数的二进制位向右移动指定的位数。右移后，移出的低位舍弃。
对于高位补什么值，取决于操作数的类型：
无符号数：高位补 0。
有符号数：高位补符号位（正数补 0，负数补 1），具体行为依赖于编译器和处理器架构，但大多数系统采用算术右移（补符号位）。
形式：操作数 >> 位数
示例：20 >> 2
20 的二进制表示为 00010100，右移 2 位后变为 00000101，即十进制的 5。
右移 n 位相当于将原数除以 2 的 n 次方（向下取整）。
四、移位运算的示意图
以下用示意图说明移位过程：
左移示意图（以 unsigned char 为例）：
原始值： 0 0 0 0 0 1 0 1 （十进制 5）
左移 2 位：0 0 0 1 0 1 0 0 （十进制 20）
低位补 0，高位移出舍弃。
右移示意图（以 unsigned char 为例）：
原始值： 0 0 0 1 0 1 0 0 （十进制 20）
右移 2 位：0 0 0 0 0 1 0 1 （十进制 5）
高位补 0，低位移出舍弃。
有符号数右移示意图（以 char 为例，假设为补码表示）：
原始值： 1 1 1 1 1 0 1 1 （十进制 -5）
右移 2 位：1 1 1 1 1 1 1 0 （十进制 -2）
高位补符号位 1，低位移出舍弃。
五、代码示例
以下代码演示了移位运算的实际应用：
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
// 左移示例
unsigned int a = 5;
cout << "a = " << a << endl; // 输出 5
cout << "a << 1 = " << (a << 1) << endl; // 输出 10
cout << "a << 2 = " << (a << 2) << endl; // 输出 20
// 右移示例（无符号数）
unsigned int b = 20;
cout << "b = " << b << endl; // 输出 20
cout << "b >> 1 = " << (b >> 1) << endl; // 输出 10
cout << "b >> 2 = " << (b >> 2) << endl; // 输出 5
// 右移示例（有符号数）
int c = -20;
cout << "c = " << c << endl; // 输出 -20
cout << "c >> 1 = " << (c >> 1) << endl; // 输出 -10（算术右移）
cout << "c >> 2 = " << (c >> 2) << endl; // 输出 -5
// 移位与赋值复合
int x = 3;
x <<= 2; // 等价于 x = x << 2
cout << "x after <<= 2 : " << x << endl; // 输出 12
// 用移位实现乘除法
int value = 10;
int mul = value << 3; // 乘以 8
int div = value >> 1; // 除以 2
cout << "value * 8 = " << mul << endl; // 输出 80
cout << "value / 2 = " << div << endl; // 输出 5
// 从整数中提取特定字节
int num = 0x12345678;
unsigned char byte1 = (num >> 0) & 0xff; // 最低字节
unsigned char byte2 = (num >> 8) & 0xff;
unsigned char byte3 = (num >> 16) & 0xff;
unsigned char byte4 = (num >> 24) & 0xff; // 最高字节
cout << "bytes: " << hex << (int)byte1 << " "
<< (int)byte2 << " "
<< (int)byte3 << " "
<< (int)byte4 << endl;
return 0;
}Code language: PHP (php)六、注意事项
- 移位的位数应为非负整数。如果移位的位数大于或等于操作数的位数，结果为未定义行为（C++ 标准未定义）。例如 int 类型通常为 32 位，移位 32 位或更多位的行为不可预测。
- 左移有符号数的负数或左移导致符号位改变时，可能产生未定义行为。建议对无符号数进行左移。
- 右移有符号数时，高位补符号位还是补 0 取决于编译器实现，但大多数系统采用算术右移（补符号位）。
- 移位运算优先级低于算术运算符，混合运算时注意加括号。
七、小结
- 移位运算符包括左移 << 和右移 >>，均为二元运算符。
- 左移将二进制位向左移动，低位补 0，高位舍弃，相当于乘以 2 的 n 次方。
- 右移将二进制位向右移动，低位舍弃，高位补 0（无符号数）或补符号位（有符号数），相当于除以 2 的 n 次方。
- 移位运算常用于底层编程、性能优化、位掩码操作等场景。
- 移位位数必须小于操作数的位数，否则行为未定义。