C语言位运算遇到的坑

2023年12月21日 345次阅读 来源: dreamnwx1

在Data Lab中有一个logicalShift函数给定一个值x和需要移动的位数n，要求只是用运算符：~ & ^ | + << >>，实现逻辑右移运算。思考了很久，然后我写出了如下的代码：

/* 
 * logicalShift - shift x to the right by n, using a logical shift
 *   Can assume that 0 <= n <= 31
 *   Examples: logicalShift(0x87654321,4) = 0x08765432
     Legal ops: !  & ^ | + << >>
 *   Max ops: 20
*   Rating: 3 
 */
int logicalShift(int x, int n) {
  return ( x >> n ) & ~( ( ( x & 0x80000000) >> n ) << 0x1 );
}

我的思路是：

  1. 如果x是负值，x >> n会让所有位右移n位，前n位补1，而在逻辑右移中前n位补0。解决这个问题，只需要把除去最高位的其他位置0，然后右移n位，再左移1位（事实上这里只要右移n-1位即可，但题目不能用减号，然后也要考虑n=0的特殊情况），再把这个数取反，和原来右移n位的值按位and，即可得到正确的结果。当n取0，右边的运算结果刚好是0，而左边是x，结果是x，满足。
  2. 如果x是正值，因为x & 0x80000000得到的结果为0，因此~( ( ( x & 0x80000000) >> n ) << 0x1) )为全1，不影响左边的计算结果。而对于正值，逻辑右移和算术右移是相同的。
    比如：
xnx >> nx & 0x80000000(x & 0x80000000) >> n( ( x & 0x80000000) >> n ) << 0x1)~( ( ( x & 0x80000000) >> n ) << 0x1) )Result
0x8000000020xe00000000x800000000xe00000000xc00000000x3fffffff0x20000000

一切看起来都很美好，但当运行上述代码的时候，发现输出的结果不是0x20000000而是0xa0000000.那么问题出现在哪？我尝试着打印(x & 0x80000000) >> n的值，发现结果居然是0x20000000,而不是理想中的0xe0000000。怎么回事，负数0x80000000右移2位后居然变成正数0x20000000，看起来有点逻辑右移的味道，所以这里的(x & 0x80000000)应该是unsigned，我试着把代码改成：

/* 
 * logicalShift - shift x to the right by n, using a logical shift
 *   Can assume that 0 <= n <= 31
 *   Examples: logicalShift(0x87654321,4) = 0x08765432
     Legal ops: !  & ^ | + << >>
 *   Max ops: 20
*   Rating: 3 
 */
int logicalShift(int x, int n) {
  int y = ( x & 0x80000000);
  int z = y >> n;
  return ( x >> n ) & ~( z << 0x1 );
}

然后，一切都没有问题了，顺利通过了。我又发现把最开始给出的错误代码中(x & 0x80000000)中的 0x80000000改成0x7fffffff，结果又被解释称int。
从这个问题，我得到的启发是：

  1. 只要位运算中出现了unsigned类型，无论另外一个是不是unsigned类型，得到的临时值都是unsigned。
  2. 负整数的16进制常量值（如0xffffffff表示-1)会被编译器当成unsigned类型，而非负整数则为int类型。
  3. 遇到位运算的问题时，尽量多做变量定义，不要想当然地错用了类型。
    原文作者：dreamnwx1
    原文地址: https://www.cnblogs.com/dreamnwx1/p/8447249.html
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