为什么 Java 和 C# 有位移运算符？答案

【问题标题】：Why do Java and C# have bitshifts operators?为什么 Java 和 C# 有位移运算符？
【发布时间】：2011-04-19 16:41:17
【问题描述】：

整数乘法（暂时忘记除法）之间的差异是否仍然有利于移位，如果是，差异有多大？

这似乎只是一个低级优化，即使你想要它，在大多数情况下不应该 (C#/Java) 到字节码编译器或 jit 捕获它？

注意：我测试了 C# 的编译输出（使用 gmcs Mono C# 编译器版本 2.6.7.0），即使乘以 2 的倍数，乘法示例也没有使用 shift 进行乘法运算。

C# http://csharp.pastebin.com/hcrRnPrb

cil http://csharp.pastebin.com/0js9F2c1

附：我忘记了在字节上使用它可能会有什么用处，但在将它用于数字时仍然有些麻烦。

【问题讨论】：

乘法并不是移位运算符的唯一用途。
有时位移运算符比乘法等效项更清晰。
你在看IL，你真的需要看到JIT编译后的机器码，才能判断框架是否正确优化了这些。
克里斯蒂安你的意思是分裂还是你在谈论别的什么？

标签： c# java low-level premature-optimization bit-shift

【解决方案1】：

第一个原因：

有时 - 大多数时候 - 您希望将整数视为数字。有时，尽管整数是表示一组位的便捷方式。

乘法是对数字的运算。

移位是对一组位的操作。

乘法结果和移位结果之间恰好存在关系并不是特别相关。这些操作在逻辑上是不同的。

第二个原因：

C# 和 Java 都是为了让 C 开发人员熟悉而设计的，尽管只是肤浅的。因此 C# 和 Java 中包含了来自 C 的常用习语。

【讨论】：

C# 和 Java（尤其是后者）从 c 和 c++ 中删除了很多东西。
更重要的是，我很好奇，如果 2 个字节不是数字，你为什么要将其表示为 int。
@Roman 不能断章取义地讨论某事是否是性能瓶颈。如果您对两个字节进行多项操作，例如1000 次操作和几千个并发用户就会产生影响
@Roman：与外部设备之间的信号：声卡、PLC 等
@Roman：由于 CIDR，IP 地址作为位序列有意义，而不是数值。 (IP address) & (network mask) 处理 32 位整数比遍历字节数组快十倍，处理 32 位整数比展开循环快四倍。

【解决方案2】：

如果我想将一个数字乘以 4，我会写 * 4。如果我的意图是将某些位左移 2 位，我会写 << 2。

再问：

为什么 Java 和 C# 有移位运算符？

我在二进制数据上做了很多工作，其中 我不是在考虑整数等 - 只是二进制 - 在那个领域使用它完全合乎逻辑不断换班。

当然，我可以输入* 2等，但我真正想做的是移位。

这在字节数很重要的一系列领域中很常见（例如图形编程、序列化等）。

此外，还有一些微妙的移位操作，您不希望它表现得像一个整数，特别是在处理边缘时......当您将地图左移一点或将位右移进入地图（-ve vs +ve 等）时会发生什么的规则很好理解但很重要。同样，整数乘法的checked/unckecked 行为有时也很重要。

【讨论】：

【解决方案3】：

你是对的，如果移位运算符仅用作乘法的替代，它应该留给编译器。

我想您忽略了以下应用程序：

加密/解密
CRC 计算
位图操作（图形、数据库锁）
压缩/解压
为硬件寄存器设置数据
更改编码

还有更多需要在没有本机代码的情况下进行有效实施的位旋转。

【讨论】：

【解决方案4】：

因为语言设计者认为拥有它们会很好。

它们是否等同于其他一些操作并不重要，编译器是否足够聪明以有效地实现这些操作。如果这就是我们要去的地方，那么您只需要一个宏汇编器和一个非常好的链接时间优化器，也许在带有垃圾收集器的 VM 上。这些不是语言设计者通常追求的目标。

【讨论】：

【解决方案5】：

您要问的本质上不是为什么 C#/Java 中有移位运算符，而是为什么 javac 编译器没有将乘法和除法以 2 的幂次方优化为移位。

对此的下意识反应是乘法和除法的语义与位移不同，因此它不会 100% 映射来替换操作。

此外，您忘记了在 JIT (HotSpot) 中发生的额外编译步骤，在该步骤中会发生各种额外的优化。坦率地说，没有必要优化这个特定的步骤，而 C 语言的代码是编译器生成的。

【讨论】：

【解决方案6】：

例如，您的程序可能会使用位掩码之类的东西。在这种情况下，移位操作是必要的。或者，如果您只是在解决一些需要以指定方式对状态进行编码的奇怪任务。

观看此tutorial - 大部分样本来自数学问题。如果你只是制作一个网站或一个 GUI 应用程序，你可能不需要转换，但有时你确实需要......

【讨论】：

我同意位移有它的区域，它们使代码更容易读/写，没有它们你可以通过简单地使用 *2^n 或 /2^n 而不是 >n.所以它们不是必需的，但很高兴拥有
@Rune FS, -1>>1 与 -1/2 不同，无论是否符号扩展。仅使用数学运算符重写移位运算实际上非常繁琐。
@Jon 您错过了一点，即它们不是必需的，但可以重写（在谈论位模式时，符号没有意义，因为它们推断出对模式的特定解释，而不是它自己的模式。例如，在给定的上下文中有多个位模式表示 -1，它们在不同的上下文中都表示一个正整数，并且文件的一部分在另一个上下文中被加密
@Rune FS，你错过了我的意思是它们不能被简单地重写。我们可以重写每条指令，只给一个减法和分支如果负的指令，但我们有充分的理由不这样做。最后，当您谈到 -1 时，您说明了我的观点，因为您是混合思考数学和思考位模式的人，我认为最好用单独的运算符将两者分开。
@Jon 我在我的 org 评论中声明我认为轮班操作员是一件好事，但答案说他们是必需的，这是不正确的。它们很容易实现 operator >> (uint mask, uint places){return mask / (uint)Math.Pow(2,places); }。这就是我在上面试图解释的。正如你所说，你自己“我们可以重写......”即移位运算符不需要，但它们很好拥有

【解决方案7】：

这样您就可以左右移动位。您希望这些位及其移位操作代表什么完全取决于您。

【讨论】：

@符文FS...哦！伙计……哈哈哈……那真是个可笑的错误。谢谢指正。

【解决方案8】：

除了这里的其他原因之外，在很多情况下，您可能需要转换（或其他位操作）以通过网络与 3rd 方库或远程应用程序接口。

【讨论】：