右操作数为负时位移运算符的行为

Question

在 C 和 C++ 中，如果使用 >> 和 <<（右移和左移运算符）时右操作数为负，程序的行为是不确定的。考虑以下程序：

#include <iostream>
int main()
{
    int s(9);
    std::cout<<(s<<-3);
}

g++ 给出以下警告：

[Warning] left shift count is negative [enabled by default]

MSVS 2010 给出以下警告：

warning c4293: '<<' : shift count negative or too big, undefined behavior

现在我很好奇 Java 和 C# 中发生了什么？

我试过以下程序

class left_shift_nagative
{
    public static void main(String args[])
    {
        int a=3;
        System.out.println(a<<-3);
        System.out.println(a>>-3);
    }
}

计划结果：

1610612736
0

轮到 C#了：

namespace left_shift_nagative
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int s = 3;
            Console.WriteLine(s << -3);
            Console.WriteLine(s >> -3); 
        }
    }
}

输出：

1610612736
0

输出1610612736是怎么来的？这里发生了什么？ Java 语言规范 (JLS) 和 C# 语言规范或标准对此有何评论？当 Java 和 C# 中给出负移位计数时，<< 和 >> 运算符如何工作？使用右移时如何得到输出 0？我真的很困惑。

Answer 1

我会回答 Java 部分（不能代表 C#，但可能是一样的）。

移位运算符 >> 和 << 在 JLS section 15.19 中定义。引用（强调我的）：

If the promoted type of the left-hand operand is int, then only the five lowest-order bits of the right-hand operand are used as the shift distance. It is as if the right-hand operand were subjected to a bitwise logical AND operator & (§15.22.1) with the mask value 0x1f (0b11111). The shift distance actually used is therefore always in the range 0 to 31, inclusive.

因此，当你移动 -3 时，就好像你移动 -3 & 0x1f 一样，即 29（只有右手操作数的最低五位被使用）。

那么a << -3的结果就是2^29 * a；对于 a = 3，这是 1610612736。
那么a >> -3的结果就是floor(a / 2^29)；对于 a = 3，这是 0。

注意，当左操作数的提升类型是long，而不是int时，使用的掩码值是0x3f（只有6个最低位使用右侧的操作数）。

Answer 2

对于 C#

来自 C# 规范第 7.9 节 -

For the predefined operators, the number of bits to shift is computed as follows:

When the type of x is int or uint, the shift count is given by the low-order 5 bits of count. In other words, the shift count is computed from count & 0x1F

When the type of x is long or ulong, the shift count is given by the low-order 6 bits of count. In other words, the shift count is computed from count & 0x3F

这意味着忽略移位的符号。事实上，正如 Jon Skeet 在注释规范中指出的那样，由于规范定义的位掩码，以下代码将在 i == 31 之后换行。

for (int i = 0; i < 40; i++)
{
    Console.WriteLine(int.MaxValue >> i);
}

右操作数为负时位移运算符的行为

Behavior of bitwise shift operators when right operand is negative

java

c#

c++

bitwise-operators

bit-shift

对于 C#