Ответ.

История вопроса

Побитовые операторы были включены в язык C для удобства низкоуровневой работы с данными и аппаратурой: настройка регистра, маскирование, умножение и деление на степень двойки. Правила их работы сложились ещё во времена 8- и 16-битных процессоров.

Проблема

Часто ошибаются при сдвигах signed-типов, так как результат зависит от реализации (арифметический или логический сдвиг), а также при выходе за границы размера типа. Ошибки — порча данных, неверные вычисления, неопределенное поведение.

Решение

Сдвиг влево (<<): эквивалент умножения значения на 2 в степени k (a << k). Всегда заполняет нули справа.

Сдвиг вправо (>>): для unsigned-значения заполняет слева нулями (логический сдвиг), а для signed — может заполнять как знаковым битом (арифметический сдвиг), так и нулями (поведение зависит от компилятора).

Пример:

unsigned int x = 5; // 0000 0101
unsigned int y = x << 1; // 0000 1010 == 10
int z = -4; // 1111 1100 (если 8 бит)
int w = z >> 1; // Может остаться 1111 1110 (-2) или 0111 1110 (зависит от реализации)

Ключевые особенности:

Сдвиг влево и вправо эффективен для чисел типа unsigned
Для signed-типов сдвиг вправо может быть разным: осторожно используйте для отрицательных
Сдвиг на количество битов больше или равно размера типа — undefined behavior

Вопросы с подвохом.

Что произойдет при сдвиге отрицательного числа вправо через >>?

Результат зависит от реализации: чаще всего это арифметический сдвиг с сохранением знака, но стандарт этого не гарантирует!

Чему равен результат сдвига на количество бит больше разрядности типа?

Undefined behavior. Например, 1 << 32 для 32-разрядного типа может дать что угодно или даже нарушить работу программы.

Можно ли использовать побитовые операторы для чисел с плавающей точкой?

Нет, стандартные типы float, double не поддерживают побитовые операции. Только integer-типы.

Типовые ошибки и анти-паттерны

Сдвиг signed-значений вправо без проверки способа заполнения
Сдвиг на "слишком много" бит — выход за пределы типа
Применение к float/double
Использование знаков без явного unsigned при битовых масках

Пример из жизни

Негативный кейс

Программист сдвигал int на 32 для формирования маски — на некоторых платформах это приводило к нулю, на других — нераспознаваемому значению.

Плюсы:

Быстрое умножение/деление

Минусы:

Не переносимый, ненадежный код

Позитивный кейс

Вместо этого использовались unsigned-значения и маскировка количества битов макросами, с чёткой документацией и проверкой длины типа через sizeof.

Плюсы:

Поведение однозначное, переносимое

Минусы:

Требуются дополнительные проверки и код для исключительных ситуаций