Java：负数的右移

Question

我对负数的右移操作非常困惑，以下是代码。

int n = -15;
System.out.println(Integer.toBinaryString(n));
int mask = n >> 31;
System.out.println(Integer.toBinaryString(mask));

结果是：

11111111111111111111111111110001
11111111111111111111111111111111

为什么将一个负数右移31位而不是1位（符号位）？

- Cacheing

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顺便提一下，您可以使用 >>> -1 并且它适用于 int 和 long 类型。 - Peter Lawrey

Answer 1

由于Java没有无符号数据类型，因此有两种类型的右移：算术右移arithmetic shift>>和逻辑右移logical shift>>>。http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/nutsandbolts/op3.html 算术右移>>将保留符号位。
无符号右移>>>不会保留符号位（因此填充0）。
（图片来自维基百科）

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顺便提一下，算术左移和逻辑左移的结果相同，因此只有一个左移运算符 <<。

- Alvin Wong

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如果你执行 **10101010 << 1**，会得到什么结果？是 11010100 还是 **01010100**？ - Mmmh mmh

我的意思是，“顺便说一下，算术位移和逻辑位移得到的结果相同，因此只有一个左移 << ”这句话确实正确吗？ - Mmmh mmh

Answer 2

>> 操作符称为 有符号右移，将所有位向右移动指定次数。重要的是 >> 将最左端的符号位（最高有效位 MSB）填充到移位后最左边的位上。这被称为 符号扩展，用于在将负数右移时保留其符号。

下面是我的图示表示，并通过一个示例来展示它是如何工作的（对于一个字节）：

示例：

i = -5 >> 3;  shift bits right three time 

二进制补码形式的五是1111 1011

内存表示：

 MSB
+----+----+----+---+---+---+---+---+
|  1 |  1 | 1  | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |   
+----+----+----+---+---+---+---+---+
   7    6   5    4   3   2   1   0  
  ^  This seventh, the left most bit is SIGN bit  

以下是>>的工作原理。当您执行-5 >> 3时，

                        this 3 bits are shifted 
                         out and loss
 MSB                   (___________)      
+----+----+----+---+---+---+---+---+
|  1 |  1 | 1  | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |   
+----+----+----+---+---+---+---+---+
  | \                 \  
  |  ------------|     ----------|
  |              |               |
  ▼              ▼               ▼
+----+----+----+---+---+---+---+---+
|  1 |  1 | 1  | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
+----+----+----+---+---+---+---+---+
(______________)
 The sign is        
 propagated

注意：最左侧的三位是1，因为在每次移位时符号位被保留，并且每个位都向右移动。我写下了“符号被传递”，因为这三个位都是由符号（而不是数据）导致的。

此外，由于右移三位，最右侧的三位将丢失。

右箭头之间的位从“-5”中的先前位中暴露出来。

我认为如果我也写一个正数的例子会很好。下一个例子是“5 >> 3”，五是一个字节是“0000 0101”。

                        this 3 bits are shifted 
                         out and loss
 MSB                   (___________)      
+----+----+----+---+---+---+---+---+
|  0 |  0 | 0  | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |   
+----+----+----+---+---+---+---+---+
  | \                 \  
  |  ------------|     ----------|
  |              |               |
  ▼              ▼               ▼
+----+----+----+---+---+---+---+---+
|  0 |  0 | 0  | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
+----+----+----+---+---+---+---+---+
(______________)
 The sign is        
 propagated

再看一遍我写的内容：符号位传递，所以最左边的三个零是由于符号位造成的。

这就是运算符>>带符号右移所做的事情，保留左操作数的符号。

[你的翻译]
在你的代码中，你使用>>运算符将-15向右移动31次，因此你最右边的31位被丢弃，结果是所有的位都是1，实际上是大小为-1。
你是否注意到用这种方式对-1 >> n进行操作等价于无操作?
_{我认为，如果一个人执行i = -1 >> n，它应该被Java编译器优化为i = -1，但这是另一回事}

接下来，有趣的是在Java中还提供了另一个右移运算符>>>，称为无符号右移。它按逻辑进行移位，并在每次移位操作时从左侧填充零。 因此，如果对负数和正数使用无符号右移>>>运算符，则每次右移都会在最左边的位置上得到一个零位。

示例：

i = -5 >>> 3;  Unsigned shift bits right three time 

下面是我的图示，演示了表达式 -5 >>> 3 的工作原理。

                        this 3 bits are shifted 
                         out and loss
 MSB                   (___________)      
+----+----+----+---+---+---+---+---+
|  1 |  1 | 1  | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |   
+----+----+----+---+---+---+---+---+
  | \                 \  
  |  ------------|     ----------|
  |              |               |
  ▼              ▼               ▼
+----+----+----+---+---+---+---+---+
|  0 |  0 | 0  | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
+----+----+----+---+---+---+---+---+
(______________)
  These zeros
  are inserted  

注意到：这一次我没有写“符号位传播”，而是实际上将>>>操作符插入了零。因此，>>>不保留符号，而是进行逻辑右移。

据我所知，无符号右移在VDU（图形编程）中很有用，虽然我自己没有使用过，但在以前的某个地方读到过。

我建议您阅读这篇文章：Difference between >>> and >> ：>>是算术右移，>>>是逻辑右移。

编辑：

一些关于无符号右移运算符>>>运算符的有趣信息。

• 无符号右移运算符>>>通过将其左操作数右移指定数量的位数并进行零0扩展来产生纯值。

• 与>>和<<一样，操作符>>>也从不抛出异常。

• 无符号右移运算符的每个操作数的类型必须是整数数据类型，否则会引发编译时错误。

• >>>运算符可能对其操作数执行类型转换；与算术二进制运算符不同，每个操作数都是独立转换的。如果操作数的类型为byte、short或char，则在计算运算符的值之前将该操作数转换为int。

• 无符号右移运算符产生的值的类型是其左操作数的类型。LEFT_OPERAND >>> RHIGT_OPERAND

• 如果左操作数的转换类型是int，则仅使用右操作数的最后五位作为移位距离。（即2⁵ = 32位= int中的位数）因此，移位距离在0到31之间。

  在这里，r >>> s产生的值与以下值相同：

s==0 ? r : (r >> s) & ~(-1<<(32-s))

如果左操作数的类型是long，则仅使用右操作数值的六个最低有效位作为移位距离。（即2的5次方=64位=long类型的位数）在这里，由r >>> s产生的值与以下内容相同：

s==0 ? r : (r >> s) & ~(-1<<(64-s))

一个有趣的参考资料：[第4章] 4.7 移位运算符

- Grijesh Chauhan

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一个更简单的答案既更正确也更有用。运算符不会区分操作数是负数还是正数，然后执行两个不同的操作。 - user207421

你可以尝试简化你的回答，就像建议的那样。我不知道为什么这是个谜。我给了你一些措辞：“它只是保留符号位，无论它是什么”，还有其他正确的答案可以参考。然后你甚至可能会得到一些点赞。你描述的效果确实存在，但不是你描述的方式。你似乎很难理解这一点。 - user207421

@GrijeshChauhan - 我同意EJP的观点。这个答案自相矛盾，非常令人困惑。 - Stephen C

@GrijeshChauhan 我的意思是让你改进这个答案。这就是我最初评论和整个对话的原因。 - user207421

感谢您提供详细的描述，让我感到非常开心。 - Ajay

Answer 3

因为 >> 被定义为算术右移，它保留符号。要获得您期望的效果，请使用逻辑右移运算符 >>>。

- user207421

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好的，我想说的是你用一个词“保留符号”来表达，这很好。 - Grijesh Chauhan