Java位运算符：>>>和<<<<<移位

Question

为什么如果

int x = -1 // binary: 11111111111111111111111111111111
x = x >>> 31; 

我们有00000000000000000000000000000001

但是如果

int x = -1
x = x >>> 32;

我们有11111111111111111111111111111111（再次减去1）

但不是00000000000000000000000000000000吗？

- ses

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因为Java中的移位操作总是对移位后的值取模长度。 - Hot Licks

这真的很好知道，考虑到从数学角度来看它是完全错误的！ - Markus A.

Answer 1

来自JLS第15.19节：

如果左操作数的提升类型为int，则仅使用右操作数的最低的五位二进制数作为移位距离。就像右操作数被位逻辑AND运算符&（§15.22.1）与掩码值0x1f（0b11111）进行操作一样。因此，实际使用的移位距离始终在0到31的范围内。

重点是我的。所以：

x >>> n

等同于：

x >>> n & 0x1f  // or x >>> n % 32

所以，x >>> 32 等同于 x >>> 32 & 0x1f <==> x >>> 0 == x。因此，经验法则是，每当您将数字移位多个 32（int 是 32 位）时，您将得到相同的值。

- Rohit Jain

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这是由JLS 15.19所规定的。但是，这样做的原因可能是人们希望位移操作是非常快速的操作，而这种实现方式几乎可以在每个处理器上无需分支。 - Louis Wasserman

@MarkusA... 由于Java中的int是32位，因此您只能向右移动最多31位。所以，这并不意味着我们可以避免向右移动32。那么，当一个int被移位32次或更多次时，你会期望发生什么？如果你按照数学方式计算，结果将始终为0？这就是为什么出现了这种移位方式的原因。 - Rohit Jain

@MarkusA.. 嗯，我不是评论这个的合适人选。现在你正在针对最初的Java创作者。我离他们很远，我不能说为什么会设计成这样。只有他们能够解释。 - Rohit Jain

@MarkusA.. 是的，这在JLS中有列出。如果左操作数的提升类型为int，则仅使用右操作数的五个最低位作为移位距离。就好像右操作数被位逻辑AND运算符&（§15.22.1）与掩码值0x1f（0b11111）进行了处理。因此实际使用的移位距离始终在0到31之间，包括0和31。 - Rohit Jain

@MarkusA.. 所以，-1 >>> -3 等于：-1 >>> 29，因为-3 & 0x1f = 29。所以，-1 >>> 29 = 7。 - Rohit Jain

Answer 2

当应用位移操作时，只考虑右操作数的最低5位。由于32 === 0 // mod 32，因此结果不会发生位移。

- Marko Topolnik

Answer 3

花了一整天的时间琢磨为什么 long l = i << 32 行为奇怪，然后编写了一些基本测试，有了 WTF 的时刻，然后改成了 long l = (long) i << 32 才让它正常工作。

我对 Rohit 的回答唯一的补充是原因。来自 IA-32 Intel Architecture Software Developer’s Manual 3：

8086 不会屏蔽移位计数。但是，所有其他 IA-32 处理器（从 Intel 286 处理器开始）都会将移位计数屏蔽为 5 位，从而得到最大计数为 31。这种屏蔽在所有操作模式（包括虚拟 8086 模式）中都会进行，以减少指令的最大执行时间。

- sr33