論理シフト

コンピュータサイエンスにおいて、論理シフトは、オペランドのすべてのビットをシフトするビット単位の演算です。 2 つの基本的なバリエーションは、論理左シフトと論理右シフトです。 これは、 1 左にシフト、n 右にシフトなど、特定の値をシフトするビット位置の数によってさらに調整されます。算術シフトとは異なり、論理シフトでは数値の符号ビットが保持されず、数値の指数と仮数(仮数) が区別されません。 オペランドのすべてのビットは、指定された数のビット位置だけ移動され、空いたビット位置は通常 0 で埋められますが、場合によっては 1 も埋められます (循環シフトとは対照的です)。

論理シフトは、オペランドが数値ではなくビットの シーケンスとして扱われる場合によく使用されます。

論理シフトは、符号なし整数を2 の累乗で乗算または除算する効率的な方法として役立ちます。符号付きまたは符号なしの 2 進数をnビット左にシフトすると、2 ⁿ倍になります。符号なしの2 進数をnビット右にシフトすると、 2 ⁿで除算する(0 に丸める) 効果があります。

論理右シフトは算術右シフトとは異なります。そのため、多くの言語では、これらに対して異なる演算子が使用されています。たとえば、JavaとJavaScriptでは、論理右シフト演算子は>>>ですが、算術右シフト演算子は>>です。(Java には左シフト演算子 ( << )が 1 つしかありません。これは、論理と算術による左シフトは同じ効果を持つためです。)

ただし、プログラミング言語 C 、 C ++、およびGo には、右シフト演算子が 1 つだけあります>>。ほとんどの C および C++ 実装、および Go では、シフトする整数の種類に応じて、実行する右シフトを選択します。符号付き整数は算術シフトを使用してシフトされ、符号なし整数は論理シフトを使用してシフトされます。特に、 C++ では、論理シフト演算子を、それぞれ「cin」および「cout」と呼ばれる入力関数と出力関数の構文の一部として使用します。

現在関連するすべての C 標準 (ISO/IEC 9899:1999 ～ 2011) では、シフト数がオペランドのビット数と等しいかそれより大きく、結果が未定義となるケースについて定義ギャップが残されています。これにより、C コンパイラは、異なる動作をするネイティブ シフト命令を直接使用できるようになり、さまざまなプラットフォームで効率的なコードを生成できるようになります。たとえば、PowerPCの shift-left-word は、ビット幅以上のシフトでゼロになるというより直感的な動作を選択しますが、^[6] x86の SHL は、命令の最大実行時間を短縮するためにシフト量を下位ビットにマスクすることを選択します。そのため、ビット幅のシフトでは値は変わりません。^[7]

.NET FrameworkやLLVMなどの一部の言語でも、ビット幅以上のシフトは未指定（.NET）^[8]または未定義（LLVM）のままになっています。^{[9]他の言語では、x86の動作を指定する}C# など、最も一般的なターゲットプラットフォームの動作を指定することを選択します。^[10]

ビットシーケンス 0001 0111 (10 進数 23) を 1 ビット位置だけ論理的にシフトすると、次のようになります。

注: MSB = 最上位ビット、LSB = 最下位ビット