除了快速计算之外，还有什么好的理由可以使用位移位吗？

Question

我理解按位操作，以及它们如何用于不同的目的，例如权限。然而，我似乎不理解位移位运算符的用途。我知道它们是如何工作的，但我想不出任何场景，除非我想要做一些非常快速的乘法或除法。还有没有其他使用位移位的原因？

Answer 1

原因有很多，下面是一些：

假设你将一个黑白图像表示为一个位序列，并且你想要在这个图像中设置一个像素。例如，字节偏移量可能是字节，位偏移量可能是x& 0x7，您可以通过以下方式设置该位: x>>3 = byte | (1 << (x & 0x7));

• Implementing数据压缩算法，其中您处理可变长度的位序列，例如霍夫曼编码。

• 您正在与某些硬件交互，例如串行通信设备，您需要读取或设置一些控制位。

由于这些和其他原因，大多数处理器具有位移位和/或旋转指令以及其他逻辑指令(与/或/异或/非)。

从历史上看，乘法和除法的速度要慢得多，因为它们是更复杂的操作，而且一些CPU根本没有这些功能。

也可以在这里看到：Have you ever had to use bit shifting in real projects?

Answer 2

正如您所指出的，左移与2的乘法是一样的。至少当我们讨论无符号数量时是这样的。一个有符号数量的“左移”的意思是...依赖于语言。

对于现代编译器，编写"i = x*2;“和"i =x << 1”实际上没有区别；编译器将生成最高效的代码。因此，在这种意义上，没有理由更喜欢移位而不是乘法。

一些算法的工作原理是将一个量左移一位，然后将低位设置为0或1。一些简单的压缩算法就是这样工作的。例如，如果累加值在变量x中，而当前值(0或1)在y中，那么写"x = (x << 1) | y“比写"x = (x * 2) + y”更有意义。这两种方法都做同样的事情，但前者在符号上更正确。你不必想，“哦，对了，乘以2和左移是一样的。”

此外，当你讨论移位的算法时，向左或向右移动特定数量的位比计算出想要乘以或除以的2的倍数要方便得多。

因此，虽然移位而不是乘法通常不会带来性能上的好处--至少在使用高级语言时不会--但有时候，拥有移位的能力会让你所做的事情更容易理解。

Answer 3

除了在数值计算中使用位移位操作之外，还有很多地方经常使用位移位操作。例如，Bitboard是通常在棋盘游戏中用于棋盘表示的数据结构。一些最强大的国际象棋引擎使用这种数据结构，主要是为了速度和移动生成和评估的简易性。这些程序大量使用位操作，位移位操作特别用于许多上下文中-例如查找位掩码，在板上生成新的移动，非常快速地计算对数等。甚至还有非常高级的数值计算，可以通过巧妙地使用位操作来完成。查看this site了解位旋转技巧--其中很多算法都使用了移位运算符。位移位操作常用于设备驱动程序设计、编解码器开发、嵌入式系统编程等。