【C++基础】系列博客为参考《C++ Primer中文版（第5版）》（C++11标准）一书，自己所做的读书笔记。
本文为原创文章，未经本人允许，禁止转载。转载请注明出处。
1.前言
位运算符作用于整数类型的运算对象，并把运算对象看成是二进制位的集合。
一般来说，如果运算对象是“小整型”，则它的值会被自动提升成较大的整数类型。运算对象可以是带符号的，也可以是无符号的。如果运算对象是带符号的且它的值为负，那么位运算符如何处理运算对象的“符号位”依赖于机器。而且，此时的左移操作可能会改变符号位的值，因此是一种未定义的行为。
⚠️关于符号位如何处理没有明确的规定，所以强烈建议仅将位运算符用于处理无符号类型。
2.移位运算符
⚠️移位运算符右侧的运算对象一定不能为负（例如将下方程序改为auto a = bits << -1，编译就会报错），而且值必须严格小于结果的位数（例如将下方程序改为auto a = bits << 33，编译就会报错），否则就会产生未定义的行为。
1
2
3
4
5
6
7
8
int main() {
unsigned char bits = 11;
auto a = bits << 1;//a被自动提升为int
auto b = bits >> 1;//b被自动提升为int
cout << int(bits) << endl;//输出为：11
cout << a << endl;//输出为：22
cout << b << endl;//输出为：5
}
分析上方程序，数值11的二进制为0000 1011，左移一位为0001 0110，所以a为22；右移一位为0000 0101，所以b为5。
这里用的都是补码，正数的原码和补码是一样的。相关知识戳：【C++基础】第六课：类型转换。
左移运算符（<<）在右侧插入值为0的二进制位。右移运算符（>>）的行为则依赖于其左侧运算对象的类型：如果该运算对象是无符号类型，在左侧插入值为0的二进制位；如果该运算对象是带符号类型，在左侧插入符号位的副本或值为0的二进制位，如何选择要视具体环境而定。
3.位求反运算符
位求反运算符（~）将运算对象逐位求反后生成一个新值，将1置为0、将0置为1：
char类型的运算对象首先提升成int类型，提升时运算对象原来的位保持不变，往高位添加0即可。因此在本例中，首先将bits提升成int类型，增加24个高位0，随后将提升后的值逐位求反。
4.位与、位或、位异或运算符
与（&）、或（|）、异或（^）运算符在两个运算对象上逐位执行相应的逻辑操作：
⚠️有一种常见的错误是把位运算符和逻辑运算符搞混了，比如位与（&）和逻辑与（&&）、位或（|）和逻辑或（||）、位求反（~）和逻辑非（!）。
5.使用位运算符
假设班级中有30个学生，可以使用一个二进制位代表某个学生是否通过了测试（1为通过，0为不通过）：
1
unsigned long quiz1=0;
unsigned long在任何机器上都将至少拥有32位。使用一个数表示学生27通过了测试：
1
1UL<<27;//生成一个值，该值只有第27位为1
1UL为1，二进制为0000 .... 0001；1UL<<1为2，二进制为0000 .... 0010；1UL<<2为4，二进制为0000 .... 0100，剩余以此类推。
更新quiz1的值：
1
quiz1 |= 1UL << 27;//表示学生27通过了测试
|=运算符的工作原理和+=非常相似，它等价于：
1
quiz1 = quiz1 | 1UL << 27;
类似的还有&=、^=。
最后，再次核查学生27的测试结果：
1
bool status = quiz1 & (1UL << 27);//学生27是否通过了测试？
我们将quiz1和一个只有第27位是1的数值按位求与，如果quiz1的第27位是1，计算的结果就是非0（真）；否则结果是0。
6.移位运算符（又叫IO运算符）满足左结合律
因为移位运算符满足左结合律，所以表达式：
1
cout << "hi" << " there" << endl;
的执行过程实际上等同于：
1
((cout << "hi") << " there") << endl;
移位运算符的优先级不高不低，介于中间：比算数运算符的优先级低，但比关系运算符、赋值运算符和条件运算符的优先级高。因此在一次使用多个运算符时，有必要在适当的地方加上括号使其满足我们的要求：
1
2
3
cout << 42+10;//正确：+的优先级更高，因此输出求和结果
cout << (10 < 42);//正确：括号使运算对象按照我们的期望组合在一起，输出1
cout << 10 < 42;//错误：试图比较cout和42！
最后一个cout的含义其实是：
1
( cout << 10) < 42;
也就是“把数字10写到cout，然后将结果（即cout与42进行比较）”。
