C++移位运算符
关于逻辑移位、算术移位可参见迅雷深大笔试题部分。的一道题。
以前看到C++标准上说,移位运算符(<<、>>)出界时的行为并不确定:
The behavior is undefined if the right operand is negative, orgreater than or equal to the length in bits of the promoted left operand.
我当时也没有深究过这个问题。前几天有个网友来信问起这件事,我才发现,这和IntelCPU的移位运算有关。下面是那位网友的来信以及我的回复:
您好!运算符<<作为位操作中的高效的操作,但我遇到一个问题:下面在VC环境下发现一个很不明白的地方,下面标注。
#include <stdio.h>
void main()
{
unsigned int i,j;
i=35;
//为什么下面两个左移操作结果不一样?
j=1<<i; // j为8
j=1<<35; // j为0
}
不知是哪里没有理解对。
原因是这样的:i=35;j=1<<i;这两句在VC没有做优化的情况下,将被编译成下面的机器指令:
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执行shl指令时,会先将cl与31进行and操作,以限制左移的次数小于等于31。因为35 & 31 =3,所以这样的指令相当于将1左移3位,结果是8。
而j=1<<35;一句是常数运算,VC即使不做优化,编译器也会直接计算1<<35的结果。VC编译器发现35大于31时,就会直接将结果设置为0。这行代码编译产生的机器指令是:
mov dword ptr [j],0
对上面这两种情况,如果把VC编译器的优化开关打开(比如编译成Release版本),编译器都会直接将结果设置为0。
所以,在C/C++语言中,移位操作不要超过界限,否则,结果是不可预期的。
http://hovertree.com/menu/cpp/
下面是Intel文档中关于shl指令限制移位次数的说明:
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.掩码
就是一串2进制 对目标字段进行位与运算,屏蔽当前的输入位。
将源码与掩码经过逻辑运算得出新的操作数。其中要用到逻辑运算如OR运算。AND运算。用于如将ASCLL码中大写字母改作小写字母。
2.与 或 异或 转换成补码运算
3. 用法:掩码 (&)
4. 用法:打开位 (|)
5.用法:关闭位 (&~)
6. 用法:转置位 (^)
7. 将Value的第bit_number位置1 Value |= 1 << bit_number;
8. 将Value的第bit_number位置0 Value &= ~( 1 << bit_number );
9.value & 1 << bit_number 如果该位置已被置为1,则表达式的结果为非零值
C/C ++提供位逻辑运算符和移位运算符。二者只能用于整形和字符型。位运算符是对每位进行操作而不影响左右两位,这有别于常规运算符(&&|| !)是将整个数进行操作的。
一. 位逻辑运算符
1. ~ 按位取反
将1变为0,将0变为1
EG:
~(10011010)
(01100101)
注:
VC++编译器,计算~10,得出的结果是-11。为什么不是5呢
10的二进制表示为1010,按位取反应该为0101,也就是十进制的5,为什么会得出-11?
VC是32位编译器,所以
10 = 00000000 00000000 00000000 00001010
~10 = 11111111 11111111 11111111 11110101 = -11
可以通过掩码(位与) 与15位与
15 = 00000000 00000000 00000000 00001111
~10 = 00000000 00000000 00000000 00000101 = -11
2. & 按位取与
只有两个操作数都是1结果才是1,否则为0
10 = 00000000 00000000 00000000 00001010
12 = 00000000 00000000 00000000 00001100
&
8 = 00000000 00000000 00000000 00001000
3. | 按位取或
两个操作数任意一位为1结果就是1
10 = 00000000 00000000 00000000 00001010
12 = 00000000 00000000 00000000 00001100
|
14 = 00000000 00000000 00000000 00001110
4. ^ 按位异或
两个操作数不同为1,相同为0
10 = 00000000 00000000 00000000 00001010
12 = 00000000 00000000 00000000 00001100
^
14 = 00000000 00000000 00000000 00000110
5. 用法:掩码
掩码是通过&(位与)将某些位设置为开(1),将某些位设置为关(0)。将掩码0看做不透明,将1看着透明。
EG:
如只显示第二、三位
107 = 0110 1011
6 = 0000 0110
&
2 = 0000 0010
6. 用法:打开位
打开位是通过 |(位或)打开一个值的特定位,同时保持其他位的不变。这是因为和0位或都为0,和1位或都为1。
EG:
如只打开第二、三位
107 = 0110 1011
6 = 0000 0110
|
111 = 0110 1111
7. 用法:关闭位
关闭某些位
EG:
如关闭第二、三位
107 = 0110 1011
6 = 0000 0110
& ~
105 = 0110 1001
8. 用法:转置位
如果一位为1则转置为0,如果一位为1则转置为0
EG:
如转置第二、三位
107 = 0110 1011
6 = 0000 0110
^
105 = 0110 1101
二. 移位运算符
- << 左移
左移运算符是把操作数的值的每一位向左移动,移动的位数有右边的操作数决定,右侧空出的位数用0填充
EG:
如转置第二、三位
107 = 0110 1011 <<2
<<
172 = 1010 1100
在计算机中由于是32位的
107 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 1011 <<2
<<
428 = 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1010 1100
- >> 右移
右移运算符是把操作数的值的每一位向右移动,移动的位数有右边的操作数决定,左边丢弃的位数用0填充
EG:
如转置第二、三位
107 = 0110 1011 >>2
>>
26 = 0001 1010
一、传统的C方式位操作:
1.基本操作:
使用一个unsigned int变量来作为位容器。
2.操作符:
| 按位或操作符:result=exp1|exp2;当exp1和exp2中对应位中至少有一个为1时,result中对应位为1,否则为0。
& 按位与操作符::result=exp1&exp2;当exp1和exp2中对应位全为1时,result中对应位为1,否则为0。
^ 按位异或或操作符:result=exp1^exp2;当exp1和exp2中对应位不相同时,result中对应位为1,否则为0。
~ 反转操作符:将位容器中的所有位都反转,1变为0,0变为1。
<< 按位左移操作符:exp<<n,将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,将容器中所有的位向右移n位,空出的位用0填充。
|=,&=,^= 分别对应|&^三种操作符的复合操作符。
3.常用操作
这里我们假设有一个result的unsigned int变量用来储存32个学生的成绩(通过和不通过分别用0和1),这样result就有33位(result从右至左,从0开始计算位数,在这个例子中0位被浪费)。
(a) 将第27位设置为及格(设作1)其他位不变:
result|=(1<<27) //任意的位值与1作按位或操作其值为1,而与0作按位与操作其值不变
(b) 将第27位设置成不及格(设为0)。
result&=~(1<<27) //任意的位值与0作按位与操作其值为0,而与1作按位与操作其值不变
(c) 反转第27位的值。
result^=(1<<27) //任意的位值与1作按位异或操作其值为1,而与0作按位异与操作其值不变
二、C++中的bitset容器
1.头文件:
#include <bitset>
2.声明一个容器:
(a)声明一个指定位数的空容器(所有位设为0): bitset<int> bits;
(b)声明一个指定位数并将指定的几个位初始化为相应值的容器: bitset<n> bits(int);
bitdet<int> bits(string&)
总结:bitset模板类中类型参数传递容器的位数,而构造函数参数通过一个int或一个string&值来从右至左初始化容器中的相应值。
3.bitset的基本用法:
操作 |
功能 |
用法 |
test(pos) |
pos位是否为1? |
a.test(4) |
any() |
任意位是否为1? |
a.any() |
none() |
是否没有位为1? |
a.none() |
count() |
值是1的位的小数 |
count() |
size() |
位元素的个数 |
size() |
[pos] |
访问pos位 |
a[4] |
flip() |
翻转所有位 |
a.flip() |
flip(pos) |
翻转pos位 |
a.flip(4) |
set() |
将所有位置1 |
a.set() |
set(pos) |
将pos位置1 |
a.set(4) |
reset() |
将所有位置0 |
a.reset() |
reset(pos) |
将pos位置0 |
a.reset(4) |
4.bitset与传统C位操作及字符串的转换
可以通过to_string()成员将容器转输出为一个string字符串,另外还可以用to_long()成员将容器输出到传统的用于C风格的位容器中。如:
unsigned long bits = bits.to_long();
sting str(bits.to_string());
推荐:http://www.cnblogs.com/roucheng/p/cppjy.html
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