按位运算和移位运算

按位运算（Bitwise），包括与（&）、或（|）、非（~）、异或（^）共4种运算。 移位（shift）运算，包括左移（<<）、右移（>>）、无符号右移（>>>）共3种。

整数的位运算操作简单，但细节不少，使用时需要留心检查，以便确认结果是否正确。

细节1：位运算适用于整数类类型和字符类型

包括 sbyte（System.SByte）、byte（System.Byte）、short（System.Int16）、ushort（System.UInt16）、 int（System.Int32）、 uint（System.UInt32）、 long（System.Int64）、 ulong（System.UInt64）、 nint（System.IntPtr）、 nuint（System.UIntPtr）、 char（System.Char）。

细节2： 这些操作针对 int、 uint、 long、 ulong 类型定义

也就是说，这些操作本质上是在32位或64位整数上进行的，其结果也是这些类型。 （包括nint和nuint，nint和nuint由平台定义，要么是32位，要么是64位的整数）。 如果两个操作数都是其他整数类型（sbyte、byte、short、ushort 或 char）， 它们的值将转换为 int 类型，结果类型也是 int 类型。 如果操作数是不同的整数类型，它们的值将转换为最接近的包含整数类型。

示例代码说明

为了方便展示，下面代码引入了一个自定义方法 string BitStr(整数类类型)，用来显示整数的二进制形式，例如：

BitStr((byte)2) 返回 "0b_0000_0010"

BitStr(16) 返回 "0b_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0001_0000"

BitStr(-1) 返回 "0b_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111"

当然，也可以直接使用 Convert.ToString(value, 2) 来得到二进制字符串，只是格式略有不同。

在C# 交互窗口（C# Interactive） 环境中，很容易输入和运行一些代码片段，用来进行一些功能验证。 具体操作方式是，在vs2022中，选择菜单： 视图（View）--- 其它窗口（Other Windows）--- C# 交互窗口（C# Interactive）。

~ 逻辑非（NOT）运算，一元操作，只有一个运算数

按位非（求反）运算，在每一位上，1变为0，0变为1。

& 逻辑与（AND）运算

按位与运算，在两个操作数每一对应位上，都是1才为1，否则为0。

| 逻辑或（OR）运算

按位与运算，在两个操作数每一对应位上，只要有1则为1，全部0才为0。

^ 逻辑异或（XOR）运算

按位与运算，在两个操作数每一对应位上，相同则为0，不同则为1。

左移位运算符 <<

所有数位向左移动，高位丢弃，低位补0。

移位运算符的移位计数说明：因为按位运算的操作是针对32位或64位整数定义的，所以能够移动的位数是有范围的， 对于 x << count 来说，

如果 x 的类型为 int 或 uint，则移位计数由右侧操作数的低阶五位定义。 即 count = count & 0b_1_1111，也等于 count = count % 32， 实际移动位数在0和31之间。

如果 x 的类型为 long 或 ulong，则移位计数由右侧操作数的低阶六位定义。 即 count = count & 0b_11_1111，也等于 count = count % 64， 实际移动位数在0和63之间。

右移位运算符 >>

右移位运算和左移位运算一样，移位计数有相同的限制。

右移位运算分为两种，一种是算术右移位运算，一种是逻辑右移位运算， 它们的区别在于移位的是有符号数类型，还是无符号数类型，它们最高位的处理不一样。

算术右移位运算

对于有符号数类型，执行算术右移位。 移位时，最低位舍弃，最高位补符号位。 也就是说，原来最高位是0的，右移时继续补0。 原来最高位是1的，右移时继续补1。

最高位为0时是正数，最高位为1时是负数。 所以在右移位过程中，符号保持不变。

逻辑右移位运算

对于无符号数类型，进行逻辑右移位。 移位时，最低位舍弃，最高位补0。

无符号右移运算符 >>>

为了方便，C# 11 开始引入无符号右移，不区分有符号数和无符号数， 移位时，最低位舍弃，最高位补0。

细节3：复合运算（比如 >>= ）操作数的类型保持不变

例如，对于 a >>= 3，a 的类型保持不变。显然，这是必须的。觉得可以这样理解， 在运算过程中，遵循的规则和上面所说的一样，但系统根据需要，对结果进行处理， 把结果转化为a的类型（比如舍弃了不需要的高位字节）。

细节4：按位运算和一些其它类似操作的区别

第一，&（逻辑 AND）、|（逻辑 OR）和 ^（逻辑异或）同样用于bool类型，它们有类似的逻辑，但是细节上有很多不同，应视为不同的类别。

bool 类型的逻辑运算，操作数包括 true、false、null 这3个不同的值，运算结果也是 true、false、null 这3个值之一。

第二，条件逻辑运算符，&&（条件逻辑与）和 ||（条件逻辑或）在执行过程中，有值得注意的地方。

条件逻辑运算有短路特性，当参与运算的表达式有多个时，如果根据计算顺序能提前知道结果，则后面的表达式将被忽略，它们不会被计算。

例如语句 if(f1(a, b) || f2(a, b, c)) { // 代码...}，如果 f1(a, b) == true，显然 if 的条件肯定是成立的，此时 f2(a, b, c) 是不会被执行的。

需要非常清楚这一点，因为 f2 的执行与否，根据实际具体代码的不同，可能会产生不同的影响。

移位运算的一个实际应用例子

本文示例里面用到的 BitStr 方法，就是通过移位来实现把整数变为二进制字符串的功能。下面是其中的一个主要函数：

此外，和位运算相关的，还有一些重要的内容，如：

（1）运算符优先级。

（2）所有枚举类型支持 ~、&、| 和 ^ 运算符。

（3）用户定义的类型可以重载~、<<、>>、>>>、&、| 和 ^ 运算符。

（4）其它内容。

限于篇幅，这里省略，请查看相关文档。