C語言位移運算陷阱全解析：負數移位、補碼機制與面試真題詳解

異常現象：負數移位位數

1 << -1  // 結果：-2147483648 (即 -2^31)

表面看是左移 -1 位（相當於右移 1 位），實際等價於 1 << 31。

規則（Java/JavaScript 32 位整型）：m << -n ≡ m << (-n % 32 + 32)。C 語言編譯報錯，但 Java 結果相同。長整型 1L << -1 → -9223372036854775808（-2^63）。

1 >> -1 固定為 0。

補碼回顧：為何 1 << 31 是負數

• 正數補碼 = 原碼
• 負數補碼 = 符號位不變，數值位取反 +1
• 1 補碼：000...001（32 位）
• 左移 31 位 → 100...000 = -2147483648（最小 int）

(1 << 31) - 1 跨語言差異

• Java：溢出變最大正數 2147483647
• JavaScript：自動升 64 位浮點 → -2147483649

面試真題：-13 >> 2

步驟：

1. -13 原碼：100...1101
2. 補碼：符號位 1，數值位取反 0010 +1 → 0011 → 111...0011
3. 算術右移 2 位（符號位擴展）：111...1100
4. 結果補碼 111...1100 → 原碼 100...0100 = -4

速記法：算術右移 1 位 = 除以 2 向下取整。-13/2 = -6.5 → -7，再 /2 = -3.5 → -4。

總結

• 左移：移出高位，低位補 0
• 右移：無符號→邏輯右移（高位補 0）；有符號→多數機器算術右移（高位補符號位），C 標準未強制規定
• 負數移位位數屬未定義/實現相關行為，實際開發中**嚴禁使用**