按位運(yùn)算和移位運(yùn)算

按位運(yùn)算（Bitwise），包括與（&）、或（|）、非（~）、異或（^）共4種運(yùn)算。 移位（shift）運(yùn)算，包括左移（<<）、右移（>>）、無(wú)符號(hào)右移（>>>）共3種。

整數(shù)的位運(yùn)算操作簡(jiǎn)單，但細(xì)節(jié)不少，使用時(shí)需要留心檢查，以便確認(rèn)結(jié)果是否正確。

細(xì)節(jié)1：位運(yùn)算適用于整數(shù)類(lèi)類(lèi)型和字符類(lèi)型

包括 sbyte（System.SByte）、byte（System.Byte）、short（System.Int16）、ushort（System.UInt16）、 int（System.Int32）、 uint（System.UInt32）、 long（System.Int64）、 ulong（System.UInt64）、 nint（System.IntPtr）、 nuint（System.UIntPtr）、 char（System.Char）。

細(xì)節(jié)2： 這些操作針對(duì) int、 uint、 long、 ulong 類(lèi)型定義

也就是說(shuō)，這些操作本質(zhì)上是在32位或64位整數(shù)上進(jìn)行的，其結(jié)果也是這些類(lèi)型。 （包括nint和nuint，nint和nuint由平臺(tái)定義，要么是32位，要么是64位的整數(shù)）。 如果兩個(gè)操作數(shù)都是其他整數(shù)類(lèi)型（sbyte、byte、short、ushort 或 char）， 它們的值將轉(zhuǎn)換為 int 類(lèi)型，結(jié)果類(lèi)型也是 int 類(lèi)型。 如果操作數(shù)是不同的整數(shù)類(lèi)型，它們的值將轉(zhuǎn)換為最接近的包含整數(shù)類(lèi)型。

示例代碼說(shuō)明

為了方便展示，下面代碼引入了一個(gè)自定義方法 string BitStr(整數(shù)類(lèi)類(lèi)型)，用來(lái)顯示整數(shù)的二進(jìn)制形式，例如：

BitStr((byte)2) 返回 "0b_0000_0010"

BitStr(16) 返回 "0b_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0001_0000"

BitStr(-1) 返回 "0b_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111"

當(dāng)然，也可以直接使用 Convert.ToString(value, 2) 來(lái)得到二進(jìn)制字符串，只是格式略有不同。

在C# 交互窗口（C# Interactive） 環(huán)境中，很容易輸入和運(yùn)行一些代碼片段，用來(lái)進(jìn)行一些功能驗(yàn)證。 具體操作方式是，在vs2022中，選擇菜單： 視圖（View）--- 其它窗口（Other Windows）--- C# 交互窗口（C# Interactive）。

~ 邏輯非（NOT）運(yùn)算，一元操作，只有一個(gè)運(yùn)算數(shù)

按位非（求反）運(yùn)算，在每一位上，1變?yōu)?，0變?yōu)?。

& 邏輯與（AND）運(yùn)算

按位與運(yùn)算，在兩個(gè)操作數(shù)每一對(duì)應(yīng)位上，都是1才為1，否則為0。

| 邏輯或（OR）運(yùn)算

按位與運(yùn)算，在兩個(gè)操作數(shù)每一對(duì)應(yīng)位上，只要有1則為1，全部0才為0。

^ 邏輯異或（XOR）運(yùn)算

按位與運(yùn)算，在兩個(gè)操作數(shù)每一對(duì)應(yīng)位上，相同則為0，不同則為1。

左移位運(yùn)算符 <<

所有數(shù)位向左移動(dòng)，高位丟棄，低位補(bǔ)0。

移位運(yùn)算符的移位計(jì)數(shù)說(shuō)明：因?yàn)榘次贿\(yùn)算的操作是針對(duì)32位或64位整數(shù)定義的，所以能夠移動(dòng)的位數(shù)是有范圍的， 對(duì)于 x << count 來(lái)說(shuō)，

如果 x 的類(lèi)型為 int 或 uint，則移位計(jì)數(shù)由右側(cè)操作數(shù)的低階五位定義。 即 count = count & 0b_1_1111，也等于 count = count % 32， 實(shí)際移動(dòng)位數(shù)在0和31之間。

如果 x 的類(lèi)型為 long 或 ulong，則移位計(jì)數(shù)由右側(cè)操作數(shù)的低階六位定義。 即 count = count & 0b_11_1111，也等于 count = count % 64， 實(shí)際移動(dòng)位數(shù)在0和63之間。

右移位運(yùn)算符 >>

右移位運(yùn)算和左移位運(yùn)算一樣，移位計(jì)數(shù)有相同的限制。

右移位運(yùn)算分為兩種，一種是算術(shù)右移位運(yùn)算，一種是邏輯右移位運(yùn)算， 它們的區(qū)別在于移位的是有符號(hào)數(shù)類(lèi)型，還是無(wú)符號(hào)數(shù)類(lèi)型，它們最高位的處理不一樣。

算術(shù)右移位運(yùn)算

對(duì)于有符號(hào)數(shù)類(lèi)型，執(zhí)行算術(shù)右移位。 移位時(shí)，最低位舍棄，最高位補(bǔ)符號(hào)位。 也就是說(shuō)，原來(lái)最高位是0的，右移時(shí)繼續(xù)補(bǔ)0。 原來(lái)最高位是1的，右移時(shí)繼續(xù)補(bǔ)1。

最高位為0時(shí)是正數(shù)，最高位為1時(shí)是負(fù)數(shù)。 所以在右移位過(guò)程中，符號(hào)保持不變。

邏輯右移位運(yùn)算

對(duì)于無(wú)符號(hào)數(shù)類(lèi)型，進(jìn)行邏輯右移位。 移位時(shí)，最低位舍棄，最高位補(bǔ)0。

無(wú)符號(hào)右移運(yùn)算符 >>>

為了方便，C# 11 開(kāi)始引入無(wú)符號(hào)右移，不區(qū)分有符號(hào)數(shù)和無(wú)符號(hào)數(shù)， 移位時(shí)，最低位舍棄，最高位補(bǔ)0。

細(xì)節(jié)3：復(fù)合運(yùn)算（比如 >>= ）操作數(shù)的類(lèi)型保持不變

例如，對(duì)于 a >>= 3，a 的類(lèi)型保持不變。顯然，這是必須的。覺(jué)得可以這樣理解， 在運(yùn)算過(guò)程中，遵循的規(guī)則和上面所說(shuō)的一樣，但系統(tǒng)根據(jù)需要，對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理， 把結(jié)果轉(zhuǎn)化為a的類(lèi)型（比如舍棄了不需要的高位字節(jié)）。

細(xì)節(jié)4：按位運(yùn)算和一些其它類(lèi)似操作的區(qū)別

第一，&（邏輯 AND）、|（邏輯 OR）和 ^（邏輯異或）同樣用于bool類(lèi)型，它們有類(lèi)似的邏輯，但是細(xì)節(jié)上有很多不同，應(yīng)視為不同的類(lèi)別。

bool 類(lèi)型的邏輯運(yùn)算，操作數(shù)包括 true、false、null 這3個(gè)不同的值，運(yùn)算結(jié)果也是 true、false、null 這3個(gè)值之一。

第二，條件邏輯運(yùn)算符，&&（條件邏輯與）和 ||（條件邏輯或）在執(zhí)行過(guò)程中，有值得注意的地方。

條件邏輯運(yùn)算有短路特性，當(dāng)參與運(yùn)算的表達(dá)式有多個(gè)時(shí)，如果根據(jù)計(jì)算順序能提前知道結(jié)果，則后面的表達(dá)式將被忽略，它們不會(huì)被計(jì)算。

例如語(yǔ)句 if(f1(a, b) || f2(a, b, c)) { // 代碼...}，如果 f1(a, b) == true，顯然 if 的條件肯定是成立的，此時(shí) f2(a, b, c) 是不會(huì)被執(zhí)行的。

需要非常清楚這一點(diǎn)，因?yàn)?f2 的執(zhí)行與否，根據(jù)實(shí)際具體代碼的不同，可能會(huì)產(chǎn)生不同的影響。

移位運(yùn)算的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用例子

本文示例里面用到的 BitStr 方法，就是通過(guò)移位來(lái)實(shí)現(xiàn)把整數(shù)變?yōu)槎M(jìn)制字符串的功能。下面是其中的一個(gè)主要函數(shù)：

此外，和位運(yùn)算相關(guān)的，還有一些重要的內(nèi)容，如：

（1）運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)。

（2）所有枚舉類(lèi)型支持 ~、&、| 和 ^ 運(yùn)算符。

（3）用戶(hù)定義的類(lèi)型可以重載~、<<、>>、>>>、&、| 和 ^ 運(yùn)算符。

（4）其它內(nèi)容。

限于篇幅，這里省略，請(qǐng)查看相關(guān)文檔。