Bitverschiebungen

Bitverschiebung bezeichnet das Verschieben der Bits eines Werts nach links oder rechts um eine bestimmte Anzahl von Positionen. Dabei gehen Bits an einem Ende verloren und an dem anderen Ende können neue Bits eingefüllt werden. Grundtypen sind logische Verschiebung, arithmetische Verschiebung und zyklische Rotation.

Bei einer linken Verschiebung rücken Bits nach links; die frei werdenden niederwertigen Bits werden mit Null gefüllt. Bei einer rechten Verschiebung hängt die Füllung von der Art ab: Bei einer logischen Verschiebung werden neue höchstwertige Bits mit Null gefüllt; bei einer arithmetischen Verschiebung wird das Vorzeichenbit (bei Zweierkomplement) von links her fortgeführt, um das Vorzeichen beizubehalten. Zyklische Rotation füllt verschobene Bits wieder an der gegenüberliegenden Seite ein.

Sprachspezifische Details unterscheiden sich. In C und C++ ist das Verschieben um eine Anzahl größer oder gleich der Breite des Typs undefiniertes Verhalten, ebenso bei Verschiebungen mit negativen Rändern. Java bietet drei Operatoren: << (linksverschieben), >> (rechtsverschieben mit Vorzeichenerweiterung) und >>> (rechtsverschieben ohne Vorzeichenerweiterung). Die Verschiebungsdistanz wird bei int auf dist modulo 32 und bei long auf dist modulo 64 reduziert. Python verwendet unbegrenzte Ganzzahlen; Rechtsverschiebung ist arithmetisch bei negativen Zahlen, und die Größe eines Werts wächst unbegrenzt mit der Verschiebungsanzahl.

Anwendungen der Bitverschiebung umfassen das Setzen, Löschen oder Extrahieren von Bitfeldern (Maskierung), schnelle Multiplikationen oder Divisionen durch Zweierpotenzen sowie Low-Level-Optimierungen in Hardware-nahen Codes. In der Praxis hängen Leistung und Verhaltensweise stark von der Zielarchitektur und vom verwendeten Compiler ab.