在C语言中对负数进行右移操作

Question

在C语言中对负数进行右移操作

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我有一段 C 代码，其中我进行了以下操作。

int nPosVal = +0xFFFF;   // + Added for ease of understanding
int nNegVal = -0xFFFF;   // - Added for valid reason

现在当我尝试时

printf ("%d %d", nPosVal >> 1, nNegVal >> 1);

我得到

32767 -32768

这是正常的吗？

我能够思考一些如下的想法

65535 >> 1 = (int) 32767.5 = 32767
-65535 >> 1 = (int) -32767.5 = -32768

也就是说，-32767.5会四舍五入为-32768。

我的理解正确吗？

- Alphaneo

右移位功能作为“地板除法”。它总是向负无穷大四舍五入。在Python语法中：-5 // 4 = -2。 - Aaron Franke

6个回答

23

不，当使用整数时，您不会得到像0.5这样的分数。当您查看这两个数字的二进制表示时，可以很容易地解释结果:

      65535: 00000000000000001111111111111111
     -65535: 11111111111111110000000000000001

将位向右移动一位，并在左侧扩展（请注意，这取决于实现方式，感谢Trent）：

 65535 >> 1: 00000000000000000111111111111111
-65535 >> 1: 11111111111111111000000000000000

转换回十进制：

 65535 >> 1 = 32767
-65535 >> 1 = -32768

- Mark Byers

9

请注意，向左扩展是与具体实现相关的。 - Trent

3

标准规定：“如果右操作数的值为负数或大于或等于升级后的左操作数的宽度，则行为未定义。” - Gonzalo

@Trent：你确定吗？我认为符号扩展取决于左操作数的有符号性。 - Gunther Piez

2

@Gonzalo：标准确实是这样说的，但在这种情况下，右操作数是1。它不是负数，也不大于int的宽度。 - Steve Jessop

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C规范并没有规定符号位是否会移位，这取决于具体的实现。

- Trent

问题1问是否预期结果。我的答案表明，没有，您不能在未首先查阅编译器文档的情况下预期负数的右移结果。 - Trent

你能给我一个标准的链接吗？以便我查看相关内容。 - Gunther Piez

3

当你进行右移操作时，最低有效位将被丢弃。

0xFFFF = 0 1111 1111 1111 1111，右移后得到 0 0111 1111 1111 1111 = 0x7FFF。

-0xFFFF = 1 0000 0000 0000 0001（二进制补码），右移后得到 1 1000 0000 0000 0000 = -0x8000。

- Anon.

3

A-1: 是的。0xffff >> 1 的结果是0x7fff或32767。我不确定-0xffff会发生什么。这很奇怪。

A-2: 移位操作并不等同于除法。它是一种原始的二进制操作。虽然有时可以用于某些类型的除法，但并不总是相同的。

- wallyk

整数字面量是有符号整数，因此“-0xFFFF”取反了“0xFFFF”。也就是说，它等于“（~0xFFFF）-1”，被解释为有符号整数。 - outis

2

在C级别以下，机器有一个CPU核心，完全是整数或标量。虽然现在每个桌面CPU都有FPU，但并非总是如此，即使今天嵌入式系统也没有浮点指令。

当今的编程范例、CPU设计和语言都来自于可能甚至不存在FPU的时代。

因此，CPU指令实现固定点操作，一般被视为纯整数操作。只有当程序声明了float或double类型的项目时，才会存在任何小数部分。(好吧，你可以使用带小数的"固定点"CPU操作，但这在现在和以前都相当罕见。)

不管语言标准委员会多年前需要什么，所有合理的机器都在有符号数的右移位运算中传播符号位。无符号值的右移位向左移入零。右移出的位将被丢弃。

为了进一步理解，您需要研究"二进制补码算术"。

- DigitalRoss

我认为你对“合理的机器”的定义过于狭隘了。 - Trent

如果我的定义太狭隘，请指出一个单一的机器，使用C语言中的x>>1可以将负数转换为正数。 - DigitalRoss

Microchip C18编译器（用户指南链接：http://tinyurl.com/ybt2svs - 参见B.4节） - Trent

嘿，好的。我只能说除非特例，在非特殊情况下证明规则，也被称为“证明规则的例外”，参见：http://en.wikipedia.org/wiki/Exception_that_proves_the_rule。 - DigitalRoss

+1 ;-)，感谢您对FP操作和整数操作的解释。实际上，我一直在想关于2的补码数字右移的奇怪行为。这与除法不同。 - Alphaneo

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Boojum · Accepted Answer

看起来你的实现可能在使用补码数字进行算术位移。在这种系统中，它会将所有位向右移动，然后用最后一位的一个副本填充上部位。所以对于你的示例，在这里将int视为32位：

nPosVal = 00000000000000001111111111111111
nNegVal = 11111111111111110000000000000001

转换后，你得到：

nPosVal = 00000000000000000111111111111111
nNegVal = 11111111111111111000000000000000

如果将其转换回十进制，分别得到32767和-32768。

有效地，右移向负无穷大舍入。

编辑：根据最新的草案标准第6.5.7节，负数的这种行为取决于实现：

E1 >> E2的结果是E1向右移动E2位。如果E1具有无符号类型或E1具有带符号类型且非负值，则结果的值是E1 / 2^E2商的整数部分。如果E1具有带符号类型和负值，则得到的值是实现定义的。

他们对此的理由是：

C89委员会确认了K&R授予的实现自由，不要求带符号的右移操作进行符号扩展，因为这样的要求可能会减慢快速代码的速度，并且符号扩展移位的用处很小。（算术右移一个负的二进制补码整数一个位置不等于除以二！）

所以理论上它是实现相关的。实际上，当左操作数为带符号数时，我从未见过实现不执行算术右移。