C++跳坑记：位移超出范围的处理

在C++编程中，数据类型的选择不仅影响内存占用和性能，还可以对某些操作的结果产生意想不到的影响。今天，我将分享一个关于C++在不同变量类型下位移操作结果的发现。

位移操作是C++中常见的对整数的高效操作之一。然而，我们可能会忽视一个细节：不同的编译器和数据类型可能会导致位移操作的结果不同。

示例代码

让我们看一个简单的计算512右移n位的代码，来展示这个问题：

#include 
using namespace std;

int main() {
    int L = 512;
    for (int i = 0; i < 64; i++) {
        cout << L << " >> " << i << " = " << (L >> i) << endl;
    }
    return 0;
}
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在上述代码中，我们使用了一个整数 L，并尝试对其进行右移操作，观察结果：
512>>0 = 512
512>>1 = 256
512>>2 = 128
512>>3 = 64
512>>4 = 32
512>>5 = 16
512>>6 = 8
……
512>>30 = 0
512>>31 = 0
512>>32 = 512
512>>33 = 256
512>>34 = 128
……

发现

我天真地以为，只要右移的位数超出范围，结果为0。
但实际结果让我出乎意料：当 i 的值达到 32 时，512 >> 32 的结果变成了 512，然后往后，512 >> 33 等于 256，512 >> 34 等于 128，如此类推。
这与Python的计算表现完全不同。Python的运算结果是，只要超出范围，结果永远为零。
这意味着，当 i 大于等于 32 时，C / C++的右移操作不再产生预期的结果，而是保持原始值，这将严重影响后续的运算结果。

解决方案

为了解决这个问题，我们尝试将 L 的数据类型更改为 long，但很遗憾结果与使用 int 类型的情况一样，仍然无法得到正确的结果。
最后，我将 L 的类型更改为 long long，才得出了预期的结果。

#include 
using namespace std;

int main() {
	// 把L的类型由int改为long long
    long long L = 512;
    for (int i = 0; i < 64; i++) {
        cout << L << " >> " << i << " = " << (L >> i) << endl;
    }
    return 0;
}
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运行结果截图

2023年10月5日更新

解决方法二：使用std::bitset。
std::bitset<32> 是C++标准库中的一个固定大小的数据类型，它包含了32个二进制位，无法动态调整大小。这意味着无论如何，std::bitset<32> 都将保持32位的大小。

#include 
#include 
using namespace std;
int main() {
    int L1 = 512;
    bitset<32> L2(L1);  // 创建了一个包含32位的位集合，并将其初始化为512
    for(int i=0; i<=100; i++){
        cout << (L2>>i).to_ulong() << endl;
    }
    return 0;
}
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