64位移位问题答案

【问题标题】：64bit shift problem64位移位问题
【发布时间】：2009-06-21 23:06:06
【问题描述】：

为什么这段代码没有写 0 作为最后一个元素，而是 18446744073709551615？（用g++编译）

#include <iostream>

using namespace std;
int main(){
    unsigned long long x = (unsigned long long) (-1);
    for(int i=0; i <= 64; i++)
        cout << i << " " << (x >> i) << endl;
    cout << (x >> 64) << endl;
    return 0;
}

【问题讨论】：

我知道这完全不相关，但是，永远不要使用“使用命名空间 std;。这只是一个等待发生的意外，花费数小时追逐一个发生的错误，因为你或一个库恰好有一个与 std 中某物名称匹配的方法。

标签： c++ 64-bit

【解决方案1】：

当您将一个值移动的位数超过字长时，它通常会移动mod word-size。基本上，将其移位 64 位意味着移位 0 位，这等于根本不移位。您不应该依赖它，因为它不是由标准定义的，并且在不同的架构上可能会有所不同。

【讨论】：

> 将其移动 64 位意味着移动 0 位，这等于根本不移动：我以前看过这句话，但我不明白这对于移位操作如何适用. val << 64 == val 不是真的描述了 rotate 操作吗？ 0xffff ffff ffff ffff << 64 应该为 0，这与完全不移位明显不同。
@U007D 你是对的，从数学上讲，这对于移位操作来说是不正确的。我正在描述实际发生的情况，这通常会导致在 x86 架构（由 C 未定义）上实际观察到的行为：CPU 基本上会忽略最左边的位，这相当于对移位位计数进行 mod 64，然后等效移到零。我并不是要暗示数学上的 64 位移位操作相当于移位 0。
啊。我假设 0x8000 0000 0000 0000 （即趋向于全零）。但是由于可能或应该做什么纯粹是我的猜测。 @Mehrdad Afshari 谢谢你的澄清——我真的很困惑！ :)

【解决方案2】：

将数字移动等于或大于其宽度的位数是未定义的行为。您只能安全地将 64 位整数在 0 到 63 个位置之间移动。

【讨论】：

这是错误的，右移的最大量是31，即移位量在内部总是被0x1F屏蔽。请参阅有关 SHR 指令的英特尔手册。
@jn：英特尔手册将其定义为“x86 程序集”。它在 C 级别是未定义的。
@Mehrdad：正确 - 我刚刚检查了 MSVC 编译代码的汇编输出。如果移位量大于 32，则用 0x1F 屏蔽该量，如果量大于 64，则移位结果为零。

【解决方案3】：

编译器的这个警告应该是一个提示：

“警告：右移计数 >= 类型宽度”

这会导致未定义的行为：

http://sourcefrog.net/weblog/software/languages/C/bitshift.html

【讨论】：

【解决方案4】：

好吧，你换了太多次了。您正在从 0 转移到 64（含），总共 65 次。您通常希望：

for(int i=0; i < 64; i++)
    ....

【讨论】：

【解决方案5】：

你溢出了班次。如果你注意到了，GCC 甚至会警告你：

警告：右移计数 >= 类型宽度

怎么会？您将 64 作为有效班次包括在内，这是一种未定义的行为。从 0 到 64 有 65 个数字（包括 0）。 0 是第一位（很像数组）。

#include <iostream>

using namespace std;
int main(){
    unsigned long long x = (unsigned long long) (-1);
    for(int i=0; i < 64; i++)
        cout << i << " " << (x >> i) << endl;
    cout << (x >> 63) << endl;
    return 0;
}

将产生您期望的输出。

【讨论】：

【解决方案6】：

你可以使用：

static inline pack_t lshift_fix64(pack_t shiftee, short_idx_t shifter){
  return (shiftee << shifter) & (-(shifter < 64));
}

对于这样的伎俩，

(-(shifter < 64)) == 0xffff ffff ffff ffff

如果移位器

(-(shifter < 64)) == 0x0

否则。

【讨论】：

【解决方案7】：

我明白了：

test.c:8: warning: right shift count >= width of type

所以也许这是未定义的行为？

【讨论】：

【解决方案8】：

对于 64 位类型，-1 的位模式在十六进制中看起来像 0xFFFFFFFFFFFFFFFF。因此，如果您将其打印为无符号变量，您将看到无符号 64 位变量可以容纳的最大值，即 18446744073709551615。

当移位时，我们不关心值在这种情况下的含义，即变量是有符号还是无符号都无关紧要，它的处理方式相同（在这种情况下将所有位向右移动一步)。

【讨论】：

当你右移时，值是否有符号很重要。有符号右移将最高位填充到符号位，无符号右移将用 0 填充它们。实际上，右移“k”位将具有与除以 2^k 相同的效果。

【解决方案9】：

粗心的另一个陷阱：我知道这是一个旧线程，但我来这里寻求帮助。当我的意思是 1L&LT;&LT;k; 时，我在使用 1&LT;&LT;k 的 64 位机器上被抓住了。在这种情况下，编译器没有帮助:(

【讨论】：