C语言中无符号数和有符号数的左移和右移

在单片机开发中，通常会使用左移和右移操作做快速的乘法和除法运算。

例如，将0x0001左移1位，相当于乘以2^1左移2位相当于乘以2^2，以此类推，左移n位，相当于乘以2^n。右移则相当于除以2^n。

那么对于无符号数和有符号数，对于左移和右移的操作分别是如何呢？下面通过实验来进行验证：

对于无符号数的左移和右移，代码片段如下：

void main(void){
    static UINT16 sTemp;
    
    sTemp = 0x0001;
    sTemp = sTemp <<1 ;

    sTemp = 0x0400;
    sTemp = sTemp >> 1;
    
    sTemp = 0xFFFF;
    sTemp = sTemp >> 1;

    while(1);
}

 仿真运行结果：

    sTemp = 0x0001;
    sTemp = sTemp <<1 ;

执行左移后，sTemp值为0x0002

0000000000000001B --> 0000000000000010B

可见：无符号数左移策略是丢弃最高位，低位补0

    sTemp = 0x0400;
    sTemp = sTemp >> 1;

执行右移后，sTemp的值为0x0200

0000010000000000B --> 0000001000000000B

可见：无符号数执行右移策略是丢弃最低位，高位补0

    sTemp = 0xFFFF;
    sTemp = sTemp >> 1;

执行右移后，sTemp的值为0x7FFF

1111111111111111B --> 0111111111111111B

右移策略与前面相同。

对于有符号数，测试代码如下：

void main(void){
    static INT16 sTemp;

    sTemp = 0x0001;
    sTemp = sTemp << 1;

    sTemp = 0x4000;
    sTemp = sTemp << 1;
    
    sTemp = 0x8000;
    sTemp = sTemp >> 1;
    
    sTemp = 0x8000;
    sTemp = sTemp << 1;
    

    while(1);
}

仿真进行测试：

    sTemp = 0x0001;
    sTemp = sTemp <<1 ;

执行左移后，sTemp值为0x0002

0000000000000001B ---> 0000000000000010B

可见

有符号数左移，符号位为0，执行左移，舍弃高位，低位补0

    sTemp = 0x4000;
    sTemp = sTemp << 1;

 执行左移后，sTemp值为0x8000

0100000000000000 --> 1000000000000000B

可见策略与前面一致，但需注意，十进制数由16384变为-32768.这和定义的数据类型有关

    sTemp = 0x8000;
    sTemp = sTemp >> 1;

有符号数，符号位为1，执行右移操作

sTemp值变为0xC000

1000000000000000B --> 1100000000000000B

可见有符号数右移，符号位为1时，执行右移，舍弃低位，高位补1.

    sTemp = 0x8000;
    sTemp = sTemp << 1;

有符号数，符号位为1，执行左移操作

sTemp变为0x0000

可见有符号数左移，符号位为1时，执行左移，舍弃高位，低位补0

总结

以上结论使用单片机为AT32F403AVCT7,IDE和编译器信息如下：

IDE-Version:
μVision V5.25.2.0

Tool Version Numbers:
Toolchain:        MDK-ARM Plus  Version: 5.25.2.0
Toolchain Path:    D:\Keil_v5\ARM\ARMCC\Bin
C Compiler:         Armcc.exe        V5.06 update 6 (build 750)
Assembler:          Armasm.exe        V5.06 update 6 (build 750)
Linker/Locator:     ArmLink.exe        V5.06 update 6 (build 750)
Library Manager:    ArmAr.exe        V5.06 update 6 (build 750)
Hex Converter:      FromElf.exe        V5.06 update 6 (build 750)
CPU DLL:               SARMCM3.DLL          V5.25.2.0
Dialog DLL:         DCM.DLL              V1.17.1.0
Target DLL:             CMSIS_AGDI.dll       V1.29.10.0
Dialog DLL:         TCM.DLL              V1.35.1.0

 其他编译器是否满足此规律，需要另行验证。