为什么Java和C#有位移运算符？

Question

整数乘法的差异（暂时忽略除法）是否仍然支持移位，如果是，差异有多大？

它似乎只是一种低级优化，即使你想要它，(C＃/Java)到字节码编译器或jit在大多数情况下也应该捕获它，不应该吗？

注意：我测试了C＃的编译输出（使用gmcs Mono C＃编译器版本2.6.7.0），即使乘以2的倍数，乘法示例也没有使用移位来进行乘法。

C# http://csharp.pastebin.com/hcrRnPrb

cil http://csharp.pastebin.com/0js9F2c1

P.S. 我忘记了它在处理字节时可能会有一些用处，但仍然在处理数字时遇到了一些问题。

- Roman A. Taycher

---

位移运算符不仅限于乘法运算。 - Cristian

有时候位移运算符比乘法运算符更能清晰地表达意思。 - Kirk Woll

你正在查看IL，你真的需要在JIT编译后看到机器代码，以便确定框架是否正确优化了它们。 - Ben Voigt

Cristian，你是指除法还是说其他什么？ - Roman A. Taycher

Answer 1

第一个原因：

有时候，甚至是大多数时候，您想把整数视为数字。但有时候，整数是表示一组位的便捷方式。

乘法是数字上的运算。

移位是对一组位的操作。

乘法结果和移位结果之间恰好存在某种关系并不特别相关。这些操作在逻辑上不同。

第二个原因：

C＃和Java都被设计为熟悉C开发人员，尽管只是表面水平。因此，C中的常见习惯用语被包括在C＃和Java中。

- Eric Lippert

---

C#和Java（尤其是后者）从C和C++中删除了许多东西。 - Roman A. Taycher

更重要的是，我好奇为什么你想将两个字节表示为整数，如果它不是一个数字。 - Roman A. Taycher

@Roman 无论什么东西是不是性能瓶颈，都不能脱离上下文进行辩论。如果您有两个字节上的多个操作，例如1000个操作和几千个并发用户，那将会产生巨大差异。 - Rune FS

@Roman：与外部设备的信号传输：声卡、PLC等。 - GvS

@Roman：由于CIDR，IP地址作为位序列具有意义，而不是数值。使用32位整数执行(IP地址) & (网络掩码)比循环遍历字节数组快大约10倍，并且比展开的循环快4倍。 - Ben Voigt

Answer 2

如果我想把一个数字乘以4，我会写* 4。如果我的意图是将某些位左移2个位置，则会写<< 2。

对于Java和C#为什么具有位移操作符的问题，我在二进制数据方面做了很多工作，那里我不考虑整数等-只考虑二进制-在这个领域中，使用移位操作符是完全合理的。

当然，我可以输入* 2等，但实际上我想要做的是移动位。

这在一系列涉及字节的领域中很常见（例如图形编程、序列化等）。

此外，还有一些微妙之处的移位操作，其中您不想它像整数一样运行，特别是在处理边缘时...当您将一个位左移超出映射时会发生什么，或者将位右移到映射中(-ve vs +ve等)的规则是被充分理解但至关重要的。同样，整数乘法的checked/unchecked行为有时非常重要。

- Marc Gravell

Answer 3

您说得没错，如果移位运算符只是用作乘法的替代品，那么应该由编译器来处理。

我想您可能忽略了以下应用程序：

- 加密/解密 - CRC计算 - 位图操作（图形、数据库锁定） - 压缩/解压缩 - 配置硬件寄存器的数据 - 更改编码

等等，这些都需要进行位操作以实现高效的实现，而无需使用本地代码。

- stacker

Answer 4

你所问的实际上不是为什么C# / Java中有位移运算符，而是为什么javac编译器不会将2的幂次方的乘法和除法优化为位移。

对此的第一反应是乘法和除法与位移具有不同的语义，因此不能完全替换操作。

此外，您忽略了JIT（HotSpot）中发生的额外编译步骤，其中发生各种附加优化。 实际上没有必要优化这个特定步骤，而在C中，代码就像编译器生成的那样。

- Thorbjørn Ravn Andersen

Answer 5

因为语言设计者认为拥有它们是很好的。

它们是否等效于其他操作并不重要，编译器足够聪明以高效地实现这些操作。如果我们只需要这些，那么你只需要一个宏汇编器和一个真正好的链接时优化器，或许在一个带垃圾回收器的虚拟机上。但这并不是语言设计者通常追求的目标。

- SingleNegationElimination

Answer 6

例如，您的程序可能使用类似位掩码的东西。在这种情况下，位移操作是必需的。或者，如果您只是解决某些需要以指定方式编码状态的奇怪任务。

观看此tutorial - 大多数示例来自数学问题。如果您只是制作网站或GUI应用程序，则可能不需要移位，但有时确实需要...

- SPIRiT_1984

---

我同意位移运算符在某些情况下可以使代码更易于阅读/编写，但是你也可以不使用它们，而是使用*2^n或/2^n代替<<n和>>n。因此，它们并非必需品，但是有了它们会更好。 - Rune FS

@Rune FS，-1>>1与-1/2不同，无论是否进行符号扩展。仅使用数学运算符重写移位操作实际上相当棘手。 - Jon Hanna

@Jon，你没有理解重点，即它们不是必需的，但可以被重新编写（当谈论位模式时，符号并没有意义，因为它们暗示了模式的特定解释，而这不是模式本身的一部分。例如，在给定上下文中，有多个位模式表示-1，并且在不同的上下文中，它们都代表正整数，而在另一个上下文中，它们是文件加密的一部分）。 - Rune FS

@Rune FS，你没有理解我的观点，即它们不能轻易地被重写。我们可以仅使用减法和负数分支指令来重写每个指令，但是我们不这样做有很好的原因。最后，当你谈到-1时，你证明了我的观点，因为你混淆了数学思维和位模式思维，我认为这两者最好分开使用不同的运算符。 - Jon Hanna

@Jon 我在我的组织评论中表示我认为移位运算符是好的，但答案说它们是必需的，这是不正确的。同时，实现运算符 >> (uint mask, uint places) 非常简单，代码如下：return mask / (uint)Math.Pow(2,places); 这正是我上面所试图解释的内容。而且正如你自己所说的“我们可以重写……”，也就是说，移位运算符_并不是_必需的，但是拥有它们_很好_。 - Rune FS

Answer 7

这样你就可以左右移位了。你想让这些位和它们的移位操作代表什么完全取决于你。

- explorer

---

@ Rune FS... 哦！老兄…哈哈哈…那是一个非常搞笑的错误。感谢你的纠正。 - explorer

Answer 8

除了其他原因外，还有很多情况下你可能需要进行位移（或其他位操作）以便与第三方库或通过网络连接的远程应用程序进行接口交互。

- Seth