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C++ 左移右移运算符怎么用 C++ 位运算实现乘除法技巧【优化】

冰火之心

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发布时间:2026-02-01 14:14:03

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来源于php中文网

原创

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。

c++ 左移右移运算符怎么用 c++ 位运算实现乘除法技巧【优化】

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

* 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 >> 2n / 4n 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 */——现代编译器比你更懂怎么优化,而你得花更多精力防 UB。

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