位屏蔽和移位

位移位通常用于低级图形编程。例如，以32位字编码的给定像素颜色值。

 Pixel-Color Value in Hex:    B9B9B900
 Pixel-Color Value in Binary: 10111001  10111001  10111001  00000000

为了更好地理解，相同的二进制值标记了什么部分代表什么颜色部分。

                                 Red     Green     Blue       Alpha
 Pixel-Color Value in Binary: 10111001  10111001  10111001  00000000

举个例子，我们想得到这个像素颜色的绿色值。我们可以很容易地通过掩蔽和转移来获得该值。

我们的口罩：

                  Red      Green      Blue      Alpha
 color :        10111001  10111001  10111001  00000000
 green_mask  :  00000000  11111111  00000000  00000000

 masked_color = color & green_mask

 masked_color:  00000000  10111001  00000000  00000000

逻辑&运算符确保只保留掩码为1的值。我们现在要做的最后一件事，就是通过将所有这些位右移16位（逻辑右移）来获得正确的整数值。

 green_value = masked_color >>> 16

瞧，我们有一个整数表示像素颜色中的绿色量：

 Pixels-Green Value in Hex:     000000B9
 Pixels-Green Value in Binary:  00000000 00000000 00000000 10111001
 Pixels-Green Value in Decimal: 185

这通常用于编码或解码图像格式，如jpg、png等。

包括位移位在内的按位操作是低级硬件或嵌入式编程的基础。如果您阅读设备规范或甚至某些二进制文件格式，您将看到字节、单词和dword，它们被分解为非字节对齐的位字段，其中包含各种感兴趣的值。访问这些位字段进行读/写是最常见的用法。

图形编程中的一个简单的实际示例是16位像素表示如下：

  bit | 15| 14| 13| 12| 11| 10| 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1  | 0 |
      |       Blue        |         Green         |       Red          |

要获得绿色值，您可以执行以下操作：

 #define GREEN_MASK  0x7E0
 #define GREEN_OFFSET  5

 // Read green
 uint16_t green = (pixel & GREEN_MASK) >> GREEN_OFFSET;

解释

为了获得从偏移量5开始到10结束（即6位长）的绿色ONLY值，您需要使用（位）掩码，当对整个16位像素应用该掩码时，将仅产生我们感兴趣的位。

#define GREEN_MASK  0x7E0

适当的掩码为0x7E0，二进制为00000111111000000（十进制为2016）。

uint16_t green = (pixel & GREEN_MASK) ...;

要应用掩码，请使用AND运算符（&）。

uint16_t green = (pixel & GREEN_MASK) >> GREEN_OFFSET;

应用掩码后，您将得到一个16位数字，这实际上只是一个11位数字，因为它的MSB位于第11位。绿色实际上只有6位长，因此我们需要使用右移（11-6=5）来缩小它，因此使用5作为偏移量（#define Green_offset 5）。

同样常见的是使用比特移位进行2次幂的快速乘法和除法：

 i <<= x;  // i *= 2^x;
 i >>= y;  // i /= 2^y;

请注意，在Java实现中，要移位的位数是根据源代码的大小进行修改的。

例如：

(long) 4 >> 65

等于2。您可能会期望将位向右移动65次会将所有内容清零，但实际上相当于：

(long) 4 >> (65 % 64)

这适用于<<、>>和>>。我没有用其他语言试过。

Bitwise运算符用于执行位级操作或以不同方式操作位。发现按位运算速度更快，有时用于提高程序的效率。基本上，按位运算符可以应用于整数类型：long、int、short、char和byte。

按位移位运算符

它们分为两类：左移和右移。

左移位（<<）：左移位运算符，将值中的所有位向左移位指定次数。语法：value＜＜num。这里num指定值左移的位置数。也就是说，<<将指定值中的所有位向左移动num指定的位数。每向左移动一次，高阶位都会被移出（并被忽略/丢失），而在右侧输入一个零。这意味着，当向32位编译器应用左移位时，一旦移位超过位位置31，位就会丢失。如果编译器是64位的，则位位置63之后的位丢失。

输出：6，这里3的二进制表示是0…0011（考虑32位系统），因此当它移位一次时，前导零被忽略/丢失，其余31位都向左移位。最后加零。所以它变成了0…0110，这个数字的十进制表示是6。

如果是负数：

输出：-2，在java负数中，由2的补码表示。SO，-1由2^32-1表示，相当于1….11（考虑32位系统）。当移位一次时，前导位被忽略/丢失，其余31位向左移位，最后加零。所以它变成了，11…10，它的十进制等价物是-2。所以，我认为你对左移及其工作原理有足够的了解。

右移（>>）：右移运算符，将值中的所有位右移指定的次数。语法：value>>num，num指定值右移的位置数。也就是说，>>将指定值中的所有位向右移动/移位num指定的位数。以下代码片段将值35向右移动两个位置：

输出：8，因为32位系统中35的二进制表示是00…00100011，所以当我们将其右移两次时，前30个前导位移到/移到右侧，丢失/忽略两个低位，并在前导位添加两个零。因此，它变成00……00001000，这个二进制表示的十进制等价物是8。或者有一个简单的数学技巧来找出以下代码的输出：为了概括这一点，我们可以说，x>>y=floor（x/pow（2，y））。考虑上面的例子，x=35，y=2，所以，35/2^2=8.75，如果我们取下限值，那么答案是8。

输出：

但记住一点，如果你取y的大值，这个技巧对y的小值很好，它会给你不正确的输出。

如果是负数：由于是负数，右移运算符在有符号和无符号两种模式下工作。在有符号右移运算符（>>）中，如果是正数，则用0填充前导位。在负数的情况下，它用1填充前导位。保留标志。这称为“标志扩展”。

输出：-5，如上所述，编译器将负值存储为2的补码。因此，-10表示为2^32-10，考虑到32位系统11…0110，以二进制表示。当我们移位/移动一次时，前31个前导位在右侧移位，低阶位丢失/忽略。所以，它变成11…0011，这个数字的十进制表示是-5（我怎么知道数字的符号？因为前导位是1）。有趣的是，如果向右移动-1，结果总是保持-1，因为符号扩展会在高位带来更多的1。

无符号右移（>>>）：此运算符还将位右移。有符号和无符号之间的区别是，如果数字为负数，则后者用1填充前导位，而在任何情况下，前者都用零填充。现在问题来了，如果我们通过有符号右移运算符获得所需的输出，为什么我们需要无符号右移运算。用一个例子来理解这一点，如果您要移动不表示数值的东西，您可能不希望符号扩展发生。在处理基于像素的值和图形时，这种情况很常见。在这些情况下，无论初始值是什么，您通常都希望将零移到高位。

输出：2147483647，因为在32位系统中，-2表示为11…10。当我们将位移位1时，前31个前导位向右移动/移位，低阶位丢失/忽略，零被添加到前导位。因此，它变为011…1111（2^31-1），其十进制等价值为2147483647。

位屏蔽和移位

位移位通常用于低级图形编程。例如，以32位字编码的给定像素颜色值。

 Pixel-Color Value in Hex:    B9B9B900
 Pixel-Color Value in Binary: 10111001  10111001  10111001  00000000

为了更好地理解，相同的二进制值标记了什么部分代表什么颜色部分。

                                 Red     Green     Blue       Alpha
 Pixel-Color Value in Binary: 10111001  10111001  10111001  00000000

举个例子，我们想得到这个像素颜色的绿色值。我们可以很容易地通过掩蔽和转移来获得该值。

我们的口罩：

                  Red      Green      Blue      Alpha
 color :        10111001  10111001  10111001  00000000
 green_mask  :  00000000  11111111  00000000  00000000

 masked_color = color & green_mask

 masked_color:  00000000  10111001  00000000  00000000

逻辑&运算符确保只保留掩码为1的值。我们现在要做的最后一件事，就是通过将所有这些位右移16位（逻辑右移）来获得正确的整数值。

 green_value = masked_color >>> 16

瞧，我们有一个整数表示像素颜色中的绿色量：

 Pixels-Green Value in Hex:     000000B9
 Pixels-Green Value in Binary:  00000000 00000000 00000000 10111001
 Pixels-Green Value in Decimal: 185

这通常用于编码或解码图像格式，如jpg、png等。

比特移位运算符正是其名称所暗示的。它们会移位。以下是对不同班次操作员的简要介绍（或不那么简单）。

操作员

>>是算术（或有符号）右移运算符。>>>是逻辑（或无符号）右移运算符。<<是左移位运算符，同时满足逻辑和算术移位的需要。

所有这些运算符都可以应用于整数值（int、long、可能的short和byte或char）。在某些语言中，对任何小于int的数据类型应用移位运算符会自动将操作数的大小调整为int。

注意，<<<不是运算符，因为它是多余的。

还要注意，C和C++不区分右移运算符。它们只提供>>运算符，正确的移位行为是为签名类型定义的实现。答案的其余部分使用C#/Java运算符。

（在所有主流的C和C++实现中，包括GCC和Clang/LLVM，对有符号类型的>>都是算术。一些代码假设这一点，但这不是标准所保证的。不过，这并不是未定义的；标准要求实现以某种方式定义它。然而，负有符号数字的左移是未定义的行为（有符号整数溢出）。因此，除非您需要算术右移，否则使用无符号类型进行位移位通常是一个好主意。）

---

左移（<<）

整数作为一系列位存储在存储器中。例如，存储为32位整数的数字6为：

00000000 00000000 00000000 00000110

将该位模式向左移动一个位置（6<<1）将产生数字12：

00000000 00000000 00000000 00001100

如您所见，数字向左移动了一个位置，右边的最后一个数字用零填充。您可能还注意到，向左移动相当于乘以2的幂。因此，6<<1相当于6*2，6<<3相当于6*8。一个好的优化编译器将在可能的情况下用移位替换乘法。

非循环移位

请注意，这些不是循环移位。将该值向左移动一个位置（3758096384<<1）：

11100000 00000000 00000000 00000000

结果3221225472：

11000000 00000000 00000000 00000000

移动到“末尾”的数字丢失。它不会缠绕。

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逻辑右移（>>）

逻辑右移与左移相反。它们不是向左移动比特，而是向右移动。例如，将数字12：

00000000 00000000 00000000 00001100

向右移动一个位置（12>>>1）将返回原来的6:

00000000 00000000 00000000 00000110

所以我们看到向右移动相当于除以2的幂。

丢失的比特不见了

然而，移位不能回收“丢失”的位。例如，如果我们改变这种模式：

00111000 00000000 00000000 00000110

向左4个位置（939524102<<4），我们得到2147483744：

10000000 00000000 00000000 01100000

然后向后移动（（939524102<<4）>>4），我们得到134217734：

00001000 00000000 00000000 00000110

一旦丢失位，我们就无法恢复原始值。

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算术右移（>>）

算术右移与逻辑右移完全相同，不同的是，它不是用零填充，而是用最高有效位填充。这是因为最高有效位是符号位，或区分正数和负数的位。通过用最高有效位填充，算术右移是保符号的。

例如，如果我们将此位模式解释为负数：

10000000 00000000 00000000 01100000

我们的电话号码是2147483552。用算术移位（-214743552>>4）将其向右移动4个位置，可以得到：

11111000 00000000 00000000 00000110

或号码134217722。

所以我们看到，通过使用算术右移而不是逻辑右移，我们保留了负数的符号。再一次，我们看到我们正在进行2次幂除法。