左移右移是直接操作二进制位的底层机制,非乘除替代技巧;左移等价于乘2的幂仅限非负整数且不溢出,右移对非负数近似除法但舍入不同,负数位移行为受限或未定义。

左移右移运算符在 C++ 中不是“用来替代乘除法的技巧”,而是对整数二进制位直接操作的底层机制;只有无符号整数或非负有符号整数做左移时, 才等价于乘以 2 的幂,右移 >> 对非负数才近似于除以 2 的幂——但符号位、溢出、舍入方式会让它和算术乘除不等价。
左移 真正做了什么
把整数的二进制位整体向左移动指定位置,右边空出的位补 0。关键点在于:它不检查是否溢出,也不关心数值意义。
int x = 1 →x是 8(1 × 2³),但int y = 1000000000 可能溢出,结果是未定义行为(UB)- 对负数使用左移(如
-1 )在 C++20 前是未定义行为,C++20 起仅对有符号数左移后仍可表示为原类型值时才定义 - 左移只适用于整型,不能用于浮点数或用户自定义类型(除非重载)
- 编译器通常会把
x * 8自动优化成x ,手动写位移不带来额外性能收益,反而可能降低可读性
右移 >> 的两种语义:逻辑右移 vs 算术右移
C++ 标准规定:对无符号类型,>> 是逻辑右移(高位补 0);对有符号类型,是“实现定义”的右移——主流编译器(GCC/Clang/MSVC)都用算术右移(高位补符号位),但你不该依赖这点。
-
unsigned int a = 0xFFU >> 2;→ 结果是0x3F(63),安全且可预测 -
int b = -4 >> 1;在 x86 上通常是 -2,但标准不保证;若需确定行为,先转为无符号:static_cast(b) >> 1 -
n >> k对非负n等价于n / (1 向下取整(即截断除法),而n / pow2在 C++ 中对负数是向零取整,二者行为不同
用位移模拟乘除时最容易踩的坑
把 * 16 改成 看似简单,但实际工程中容易忽略边界和类型细节。
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- 左移位数不能超过类型总位数减一(如
int是 32 位,则x 是 UB) - 表达式
a 中,若b是负数或 ≥ 类型宽度,行为未定义——运行时值不可控时务必校验 - 混合类型易出错:
char c = 10; auto x = c →c提升为int,结果是 2560,不是char范围内的值 - 除法场景更危险:
n >> 2≠n / 4当n为负时(比如-5 >> 2是 -2,而-5 / 4是 -1)
真正需要手写位移的场景极少:比如实现 bitset、解析网络字节序、硬件寄存器操作、加密算法内循环。日常计算别为了“看起来快”去替换 * 和 /——现代编译器比你更懂怎么优化,而你得花更多精力防 UB。










