了解C++中的左移運算符

一、基本概念

C++中的左移運算符<<是一種二元運算符，用於將一個數值向左移動指定的位數。其語法為：

    var << n

其中，var是要進行位移操作的變量，n表示要向左移動的位數。移動後，var的值將變為原來的值乘以2的n次方。

左移運算符也可以用於輸出操作。當<<用於輸出時，會將其右側的值寫入到輸出流中，並返回輸出流對象。因此，我們可以通過連續使用<<運算符來輸出多個值。

    std::cout << "a = " << a << ", b = " << b << std::endl;

二、位移與邏輯移位

左移運算符和右移運算符都是位移運算符，它們可以將一個數值向左或向右移動指定的位數。不過需要注意的是，不同的編程語言有不同的位移規則。

在C++中，左移運算符是無符號移位，意味着在位移的過程中，左側空出的位都會被填充為0。比如：

    unsigned int a = 0x00000001;
    unsigned int b = a << 1;
    // 實際上相當於將a轉換成二進制：00000000 00000000 00000000 00000001
    // 然後將其向左移動一位：00000000 00000000 00000000 00000010
    // 最終b的值為0x00000002

而邏輯移位則不同，它同樣是將一個數值向左或向右移動指定的位數，但在位移的過程中，左側空出的位和右側超出的位都會被填充為0。比如：

    int a = 0x00000001;
    int b = a >> 1;
    // 實際上相當於將a轉換成二進制：00000000 00000000 00000000 00000001
    // 然後將其向右移動一位：00000000 00000000 00000000 00000000
    // 最後b的值為0

三、位移運算與乘除運算的比較

在C++中，位移運算和乘除運算都是可以用來對數值進行操作的。但是很多時候，位移運算比乘除運算更加高效。

比如，在需要將一個數值乘以2的n次方的時候，我們可以使用位移運算來替代乘法運算。因為對於各種不同的硬件平台和編譯器，位移運算實際上是直接利用了底層的硬件和指令集來進行計算，而乘法運算則需要較多的邏輯和計算過程。

    int a = 5;
    int b = a << 3; // 相當於 a x 2^3 = 40

同樣地，如果要將一個數值除以2的n次方，可以使用位移運算來替代除法運算。

    int a = 40;
    int b = a >> 3; // 相當於 a / 2^3 = 5

四、應用場景

左移運算符在各種不同的編程場景中都有着廣泛的應用。下面列舉幾個典型的應用場景：

• 位運算加密：通過將一段明文文本進行位移和異或等運算，在保證密鑰的情況下實現數據加密和解密的過程。
• 圖像處理：在將位圖像素寫入顯存時，使用左移運算符可以提高寫入速度。
• 哈希表實現：在將哈希函數的計算結果映射到哈希表桶的下標時，使用左移運算符可以提高效率。

五、代碼示例

#include<iostream>

int main() {
    int a = 5;
    std::cout << "a = " << a << std::endl;
    int b = a << 3;
    std::cout << "b = " << b <> 3;
    std::cout << "c = " << c << std::endl;
  
    return 0;
}