为什么 F# 位运算符用 1 填充有符号类型？答案

【问题标题】：Why does the F# Bitwise Operator pad with 1's for signed types?为什么 F# 位运算符用 1 填充有符号类型？
【发布时间】：2010-09-29 21:44:25
【问题描述】：

我正在查看有关按位运算的 F# 文档：

按位右移运算符。这结果是第一个带有位的操作数右移的位数第二个操作数。位移开最不重要的位置不是旋转到最重要的位置。对于无符号类型，最有效位填充零。对于有符号类型，最有效位用 1 填充。第二个参数的类型是 int32.

与 MSB 用零填充的 C++ 语言（可能还有 C）相比，这种设计选择背后的动机是什么？例如：

int mask = -2147483648 >> 1; // C++ code

-2147483648 =

10000000 00000000 00000000 00000000

并且掩码等于 1073741824

1073741824 =

01000000 00000000 00000000 00000000

现在，如果您在 F#（或 C#）中编写相同的代码，这确实会用 1 填充 MSB，您将得到 -1073741824。

-1073741824 =

11000000 00000000 00000000 00000000

【问题讨论】：

在 C 和 C++ 中，标准中没有定义移位负值的结果。
@Oli：啊，我明白了，所以这就是原因
顺便说一句，这句话听起来有点奇怪。当然应该说“对于负值，最重要的位用1填充”？
所以我的问题应该更多：为什么 C 和 C++ 没有定义带符号的右移语言？
@Stringer：因为 C/C++ 不需要 2 的补码整数。很多事情都是官方未定义的行为，因为它们在 1 的补码硬件上的工作方式不同，这非常令人讨厌。 C也不需要每字节8位。在大多数特定的 C 实现中，对有符号整数进行右移使用算术移位，即移入符号位的副本。

标签： c# c++ f# history bit-shift

【解决方案1】：

有符号移位具有很好的性质，即将 x 右移 n 对应于 floor(x/2ⁿ)。

在 .NET 上，两种类型的操作都有 CIL 操作码（shr 执行有符号移位，shr.un 执行无符号移位）。 F# 和 C# 根据要移动的类型的符号来选择要使用的操作码。这意味着如果您想要其他行为，您只需要在移位之前和之后执行数字转换（由于数字在 CLR 上的存储方式，这实际上对运行时没有影响 - 堆栈上的 int32 与 uint32 无法区分） .

【讨论】：

我不知道 .NET 上的语义是什么，但在典型的 C 实现中，存在移位-除法等价不成立的一系列病态情况。例如，通常：(-1 >> 1) != (-1 / 2).
@Oli - 是的，在 .NET 中也是如此......我将进行编辑以澄清。
@Oli，严格来说-1 >> 1 和-1 / 2 都正确除以零。但是，它们的舍入方式不同，移位进行统计舍入，整数除法进行小学舍入。在假定等价的情况下仍然会导致错误，但它仍然是一个移位除法等价。
乔恩，我真的怀疑你用任何语言进行任何操作来“正确除以零”...... :)
嘿。是的，这是一个有趣的错字。

【解决方案2】：

回答改革后的问题（在 cmets 中）：

C 和 C++ 标准没有定义右移负值的结果（它要么是实现定义的，要么是未定义的，我不记得是哪个）。

这是因为该标准被定义为反映底层指令集的最低公分母。例如，如果指令集不包含asr 原语，则执行真正的算术移位需要多条指令。标准要求一个的或两个的补码表示这一事实使情况变得更加复杂。

【讨论】：