负整数 >> 31 = -1 不是 1？ [复制]答案

【问题标题】：negative integer number >> 31 = -1 not 1? [duplicate]负整数 >> 31 = -1 不是 1？ [复制]
【发布时间】：2013-06-21 00:13:21
【问题描述】：

所以，假设我有一个有符号整数（几个例子）：

-1101363339 = 10111110 01011010 10000111 01110101 in binary.
-2147463094 = 10000000 00000000 01010000 01001010 in binary.
-20552      = 11111111 11111111 10101111 10111000 in binary.

现在：例如-1101363339 >> 31，应该等于 1 对吧？但在我的电脑上，我得到-1。如果 x = 负数，无论我选择什么负整数，x >> 31 = -1。为什么？显然在二进制中它应该是 1。

【问题讨论】：

很确定这仍然是 C 中未定义的行为。也就是说，对于其他系统会发生什么没有硬性规定。
@cHao 我记得听说是否要进行移位算法取决于实现，但是大多数人选择这样做
@aaronman：是的，显然标准（或我的草案副本，至少）说它是实现定义的。哎呀。 :)
如果你想用它作为分支优化或其他东西的测试，只需在之后屏蔽它：(x >> 31) & 1。或者更好的是，将其视为未签名：(unsigned)x >> 31.
@paddy：或者使用(x < 0)。

标签： c

【解决方案1】：

根据 C99 6.5.7 移位运算符：

如果 E1 具有带符号类型和负值，则结果值是实现定义的。

其中 E1 是移位表达式的左侧。所以这取决于你的编译器你会得到什么。

【讨论】：

@aaronman：因为他的答案是唯一正确的。
@liori 实际上他甚至不是 OP 的答案
@aaronman：就 C 语言而言，这是唯一正确的答案......
@dgamma3 它的实现已定义，因此 OP 的实现将其定义为算术移位
@dgamma3：如果您要使用符号幅度或反码表示来实现有符号算术，那么这种转变意味着什么？ “没有自然的最佳选择”这一事实是它明确实现定义的原因。实现可以选择最适合它的方法（例如，与硬件最接近）。

【解决方案2】：

在大多数语言中，当您向右移动时，它会进行算术移位，这意味着它会保留最高有效位。因此，在您的情况下，您的二进制全为 1，十进制为 -1。如果您使用unsigned int，您将获得您正在寻找的结果。

每 C 2011 6.5.7 移位运算符：

E1 >> E2 的结果是E1 右移E2 位位置。如果E1 有一个无符号类型 或者如果E1 具有有符号类型和非负值，则结果的值是整数 E1/ 2^E2 商的一部分。如果E1 具有有符号类型和负值，则结果值是实现定义的。

基本上，负符号整数的右移是由实现定义的，但大多数实现选择将其作为算术移位。

【讨论】：

+1 建议将unsigned int 作为解决方案
@Code-Guru 谢谢，老实说，我不明白为什么当被投票的答案甚至不是答案时，你的答案和另一个人却被否决了
是的，@JeffWalden 的回答并没有真正解释为什么 OP 会看到这种特殊行为。
@dgamma3 unsigned int 不能为负数。所以没有“负值的二元解释”
@aaronman：+1，但你应该停止抱怨你的答案的困境。如果您正在回答问题，您的答案通常不会被选中（即使您认为它更好）。

【解决方案3】：

您看到的行为称为算术移位，即右移扩展符号位。这意味着 MSB 将携带与原始符号位相同的值。换句话说，负数在左移操作后总是为负数。

请注意，此行为是由实现定义的，不能用不同的编译器来保证。

【讨论】：

不，在 C 中右移一个负值是实现定义的行为。此外，在 C 中，>>> 运算符不存在。
@jxh 其他位来自前一位中的内容，这是左移的定义。显然，OP 不知道 MSB 的规则。
不幸的是，我认为他们在 c 中没有 >>>
@jxh "这意味着无论您向左移动多少位，MSB 都将始终相同" 此语句仅对 MSB 有保证。我可以很容易地想象一个例子，其中x >>= 1 改变了x 的每个位，除了MSB。
@Code-Guru：好多了，谢谢。 +1

【解决方案4】：

您看到的是算术移位，与您期望的位移位相反；即，编译器不是“粗暴地”移动位，而是传播符号位，从而除以 2^N。

当谈到unsigned ints 和正向ints 时，右移是一个非常简单的操作 - 位右移一个位置（在左侧插入 0），无论其含义如何。在这种情况下，该操作相当于除以 2^N（实际上 C 标准是这样定义的）。

在谈论负数时会出现区别。存在几种负数表示，尽管目前最常用的整数是2's complement representation。

对于初学者来说，这里“残酷”的按位移位的问题是，其中一个位以某种方式用于表示符号；因此，无论负整数表示如何，移动二进制数字都会产生意想不到的结果。

例如，通常在 2 的表示中，最高有效位为 1 表示负数，0 表示正数；对负数应用按位移位（在左侧插入零）将（在其他事物之间）使其为正数，而不导致（通常预期的）除以 2^N

所以，引入了算术移位；用 2 的补码表示的负数有一个有趣的特性：如果不是从左边插入零，而是插入与原始值相同的位，则移位的除以 2^N 行为将被保留符号位。

通过这种方式，2^N 的有符号除法只需在移位中添加一点额外逻辑即可执行，而无需求助于成熟的除法例程。

现在，是否保证有符号整数的算术移位？在某些语言中是¹，但在 C 中却不是这样 - 移位运算符在处理负整数时的行为被保留为实现定义的细节。

通常情况下，这是由于对操作的硬件支持不同； C 用在非常不同的平台上，尤其是在过去，根据平台的不同，操作的“成本”存在很大差异。

例如，如果处理器不提供算术右移指令，则编译器将被强制发出更慢的某种DIV 指令，这可能是较慢处理器的内部循环中的问题。由于这些原因，C 标准让实现者为当前平台做最合适的事情。

在您的情况下，您的实现可能选择了算术移位，因为您在 x86 处理器上运行，该处理器使用 2 的补码算法和provides both bitwise and arithmetic shift as single CPU instructions。

实际上，像 Java 这样的语言甚至具有分离的算术和位移运算符 - 这主要是因为它们没有 unsigned 类型，例如存储位域。

【讨论】：