按位運算和移位運算

按位運算（Bitwise），包括與（&）、或（|）、非（~）、異或（^）共4種運算。 移位（shift）運算，包括左移（<<）、右移（>>）、無符號右移（>>>）共3種。

整數(shù)的位運算操作簡單，但細節(jié)不少，使用時需要留心檢查，以便確認結(jié)果是否正確。

細節(jié)1：位運算適用于整數(shù)類類型和字符類型

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）。

細節(jié)2： 這些操作針對 int、 uint、 long、 ulong 類型定義

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

示例代碼說明

為了方便展示，下面代碼引入了一個自定義方法 string BitStr(整數(shù)類類型)，用來顯示整數(shù)的二進制形式，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"

當然，也可以直接使用 Convert.ToString(value, 2) 來得到二進制字符串，只是格式略有不同。

在C# 交互窗口（C# Interactive） 環(huán)境中，很容易輸入和運行一些代碼片段，用來進行一些功能驗證。 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）運算，一元操作，只有一個運算數(shù)

按位非（求反）運算，在每一位上，1變?yōu)?，0變?yōu)?。

& 邏輯與（AND）運算

按位與運算，在兩個操作數(shù)每一對應位上，都是1才為1，否則為0。

| 邏輯或（OR）運算

按位與運算，在兩個操作數(shù)每一對應位上，只要有1則為1，全部0才為0。

^ 邏輯異或（XOR）運算

按位與運算，在兩個操作數(shù)每一對應位上，相同則為0，不同則為1。

左移位運算符 <<

所有數(shù)位向左移動，高位丟棄，低位補0。

移位運算符的移位計數(shù)說明：因為按位運算的操作是針對32位或64位整數(shù)定義的，所以能夠移動的位數(shù)是有范圍的， 對于 x << count 來說，

如果 x 的類型為 int 或 uint，則移位計數(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， 實際移動位數(shù)在0和31之間。

如果 x 的類型為 long 或 ulong，則移位計數(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， 實際移動位數(shù)在0和63之間。

右移位運算符 >>

右移位運算和左移位運算一樣，移位計數(shù)有相同的限制。

右移位運算分為兩種，一種是算術右移位運算，一種是邏輯右移位運算， 它們的區(qū)別在于移位的是有符號數(shù)類型，還是無符號數(shù)類型，它們最高位的處理不一樣。

算術右移位運算

對于有符號數(shù)類型，執(zhí)行算術右移位。 移位時，最低位舍棄，最高位補符號位。 也就是說，原來最高位是0的，右移時繼續(xù)補0。 原來最高位是1的，右移時繼續(xù)補1。

最高位為0時是正數(shù)，最高位為1時是負數(shù)。 所以在右移位過程中，符號保持不變。

邏輯右移位運算

對于無符號數(shù)類型，進行邏輯右移位。 移位時，最低位舍棄，最高位補0。

無符號右移運算符 >>>

為了方便，C# 11 開始引入無符號右移，不區(qū)分有符號數(shù)和無符號數(shù)， 移位時，最低位舍棄，最高位補0。

細節(jié)3：復合運算（比如 >>= ）操作數(shù)的類型保持不變

例如，對于 a >>= 3，a 的類型保持不變。顯然，這是必須的。覺得可以這樣理解， 在運算過程中，遵循的規(guī)則和上面所說的一樣，但系統(tǒng)根據(jù)需要，對結(jié)果進行處理， 把結(jié)果轉(zhuǎn)化為a的類型（比如舍棄了不需要的高位字節(jié)）。

細節(jié)4：按位運算和一些其它類似操作的區(qū)別

第一，&（邏輯 AND）、|（邏輯 OR）和 ^（邏輯異或）同樣用于bool類型，它們有類似的邏輯，但是細節(jié)上有很多不同，應視為不同的類別。

bool 類型的邏輯運算，操作數(shù)包括 true、false、null 這3個不同的值，運算結(jié)果也是 true、false、null 這3個值之一。

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

條件邏輯運算有短路特性，當參與運算的表達式有多個時，如果根據(jù)計算順序能提前知道結(jié)果，則后面的表達式將被忽略，它們不會被計算。

例如語句 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 f2(a, b, c) 是不會被執(zhí)行的。

需要非常清楚這一點，因為 f2 的執(zhí)行與否，根據(jù)實際具體代碼的不同，可能會產(chǎn)生不同的影響。

移位運算的一個實際應用例子

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

此外，和位運算相關的，還有一些重要的內(nèi)容，如：

（1）運算符優(yōu)先級。

（2）所有枚舉類型支持 ~、&、| 和 ^ 運算符。

（3）用戶定義的類型可以重載~、<<、>>、>>>、&、| 和 ^ 運算符。

（4）其它內(nèi)容。

限于篇幅，這里省略，請查看相關文檔。