位移的目的是什么？

Question

我在代码中发现了以下内容。

unsigned char A = 0xB9;
unsigned char B = 0x91;
unsigned char C = A << 3; // shift bits in A three bits to the left.
unsigned char D = B >> 2; // shift bits in B two bits to the right.

我知道它是位移，但它有什么作用，什么时候应该使用它呢？

- Kingfisher Phuoc

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如果对你没有任何意义，那么它就没有任何用处。只需忽略这段代码即可。 - leppie

这个问题太宽泛了，没有答案。加法的目的是什么？它是一种运算。 - Dave Hillier

是的，这对我来说并不重要，但我认为我应该了解它！ - Kingfisher Phuoc

依我拙见，这是一个合理的问题。请关闭它，但需要给出比“不是一个真正的问题”更相关的理由。敬礼， - Junaid Qadir Shekhanzai

谢天谢地，在它被关闭之前，有人挤进来回答了。 - anton1980

Answer 1

主要用途是当您使用特定位来定义较大项目的某个部分时。

以一个明显的例子为例，考虑一个32位数字，它保存颜色——每个颜色通道8位，分别对应红、绿、蓝色，另外8位则可能表示alpha值（指示此颜色/像素的透明度）。在十六进制下，这些数字看起来像：

AARRGGBB

（例如，每个分量均为两位数或8位）。

我们可以将这样的东西分解成组件，就像：

red = color & 0xff;
green = (color >> 8) & 0xff;
blue = (color >> 16) & 0xff;
alpha = (color >> 24) & 0xff;

反过来，我们可以将组件放在一起：

color = (alpha << 24) | (blue << 16) | (green << 8) | red;

在处理硬件时，你通常会像上面的颜色例子一样使用位操作。例如，你可能有一个16位寄存器，将其中5位用于一些事情，另外2位用于其他事情，6位用于第三个事情等等。当你想要更改其中之一时，你可以像上面的颜色例子一样：隔离表示一个字段的位，根据需要进行修改，然后将其与其他位重新组合。

另一个（完全不相关的）应用是哈希。这里我们通常没有类似的字段，但我们希望某些输入字节产生单个输出，使得输出的所有位都受到输入字节的影响。为了实现这一点，大多数人最终都要移位，以便每个输入字节都有至少一定的机会影响结果的不同部分。

我要补充的是，虽然相当多的旧代码使用位移操作来优化乘以或除以2的幂次方，但这对于现代硬件和编译器通常是浪费时间的。你会在现有代码中看到它，并应该理解它试图实现什么 - 但不要试图效仿它的示例。

- Jerry Coffin

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有些人说使用位移操作比正常方式快一点？这是正确的吗？ - Kingfisher Phuoc

@Kingfisher：正常的方式是什么？如果你指的是位移与乘除法，是的，位移指令可能比乘除法指令快——但当情况如此时，大多数编译器都能够为您执行这种优化。 - Jerry Coffin

我是不是读错了，还是第一个代码示例（按照原样编写）实际上是针对AABBGGRR而不是AARRGGBB的？ - Monte Hurd

@MonteHurd：我认为这里没有足够的东西来说它是颜色。 - Jerry Coffin

准确地说，如果有人使用此示例来测试其位移理解（无论颜色如何，仅使用“a”、“r”、“g”和“b”表示相对字节位置），则按照现有代码的方式适用于AABBGGRR，而不是AARRGGBB。 - Monte Hurd

Answer 2

一个例子是单色位图，其中每个像素由一个单独的比特表示。假设你有一个圆形。

........
...oo...
..O..O..
.O....O.
.O....O.
..O..O..
...oo...
........

假设一个 . 用一个 0 位表示，而一个 O 则用一个 1 位表示，因此第二行的二进制表示为000110000，或者十进制表示为24。现在如果你想将圆形向右移动1像素，你需要将其表示中的位向右移动1位。

........
....oo..
...O..O.
..O....O
..O....O
...O..O.
....oo..
........

所以经过移位后，第二行现在是00001100（或十进制数12）。

- Mr Lister

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+1指的是单色精灵卷轴滚动效果。现在我们看起来真的有些老了。 - StuartLC

从未想过这个。这一定是很流行的方式。 - chris

Answer 3

位移具有几个用途

• 乘以或除以二的幂次方
• 通过左[右]移后查找溢出[或下溢]，检查最重要位或最不重要位是否设置（MSB或LSB）。
• 弱加密形式。不是。

- StuartLC

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弱加密方式，真的吗？ - Hasturkun

@Hasturkun：99%的第一次尝试编写密码都比XOR弱。 - leppie

@leppie：这是具有误导性的，因为位移运算也被用于所有常见的强加密算法，如DES和AES。 - MSalters

Answer 4

其中一个用途是通过整数次幂的2进行除法或乘法。

- mathematician1975

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快速？与常规算术相比还是什么？ - Luchian Grigore

在这种情况下，我会建议我的前任老板立即降低他的薪水。 - mathematician1975

请参考此链接 - https://dev59.com/QWw15IYBdhLWcg3w3ffN - Luchian Grigore

@LuchianGrigore 感谢您提供的链接。我一直以为它更快，现在已经编辑了答案，删除了它更快的暗示。 - mathematician1975

@MrLister 可能是这样，但如果可以的话，除法很可能已经被优化为移位。 - Luchian Grigore

Answer 5

位移或位模式用于压缩文件。有些人也用它进行加密。

- craig1231

Answer 6

移位有很多用途，远远超出了此处可以解释的范围。一个很好的例子是在组装代码时将值移动到正确的位置。同时，左移1位相当于将值乘以2，只是速度更快。同样地，右移相当于除以2。

- timkd127