为什么使用负数进行位移操作会得到奇怪的结果？

Question

这个问题并不是一个重复的问题，与这个问题不同。

我遇到了这样一种情况，我需要将一个(正)数左移一个负值，例如8 << -1。在这种情况下，我期望结果为4，但我以前从未这样做过。因此，我编写了一个小的测试程序来验证我的假设：

for (int i = -8; i <= 4; i++)
    Console.WriteLine("i = {0}, 8 << {0} = {1}", i, 8 << i);

我惊讶地发现以下输出结果：

i = -8, 8 << -8 = 134217728
i = -7, 8 << -7 = 268435456
i = -6, 8 << -6 = 536870912
i = -5, 8 << -5 = 1073741824
i = -4, 8 << -4 = -2147483648
i = -3, 8 << -3 = 0
i = -2, 8 << -2 = 0
i = -1, 8 << -1 = 0
i = 0, 8 << 0 = 8
i = 1, 8 << 1 = 16
i = 2, 8 << 2 = 32
i = 3, 8 << 3 = 64
i = 4, 8 << 4 = 128

有人能解释这个行为吗?

额外奉上一点小彩蛋。我将左移操作改成了右移操作，得到如下输出结果：

i = -8, 8 >> -8 = 0
i = -7, 8 >> -7 = 0
i = -6, 8 >> -6 = 0
i = -5, 8 >> -5 = 0
i = -4, 8 >> -4 = 0
i = -3, 8 >> -3 = 0
i = -2, 8 >> -2 = 0
i = -1, 8 >> -1 = 0
i = 0, 8 >> 0 = 8
i = 1, 8 >> 1 = 4
i = 2, 8 >> 2 = 2
i = 3, 8 >> 3 = 1
i = 4, 8 >> 4 = 0

- Jon Seigel

Answer 1

不能用负值进行移位操作。同时，也不能使用过大的正整数进行移位操作。

根据C#规范(http://msdn.microsoft.com/en-us/library/a1sway8w.aspx)说明：

If first operand is an int or uint (32-bit quantity), 
the shift count is given by the low-order five bits of second operand.

...


The high-order bits of first operand are discarded and the low-order 
empty bits are zero-filled. Shift operations never cause overflows.

- Aaron

Answer 2

在类C语言中，<< -1 不会转换成 >> 1。相反，将移位操作应用于最低有效的5个二进制位，其余部分则被忽略。因此，在这种情况下，补码形式的 -1 将转换为 << 31。

例如，在JavaScript中执行 javascript:alert(8<<-8) 将得到相同的结果。

- bobince