C# - Right operand가 음수인 Shift 연산 결과
오늘 우연히, 어떤 프로그램에서 다음과 같은 로직을 보게 되었습니다.
int result = 2 << -9;
오호... 보자마자 황당했습니다. ^^; '왼쪽 비트 쉬프트를 -9만큼이라니... 도대체 무슨 의미지? 보통, 양수의 경우에는 *2의 효과를 갖는데, ... 음수라니...'
Visual Studio 디버거의 Watch 창에서 2 << -1, 2 << -2, 2 << -3에 대해서 각각 즉석으로 확인해 보니 결과는 다음과 같았습니다.
연산 결과(16진수) 결과(2진수)
2 << 0 0x2 10
2 << -1 0x0 0
2 << -2 0x80000000 10000000000000000000000000000000
2 << -3 0x40000000 01000000000000000000000000000000
음... 마치 "<<" 연산자가 right-operand 값이 음수일 때는 ">>" 연산자로 동작이 바뀌는 것 같습니다. 그렇게 잠정 결론을 내리고 무시하려고 했는데, 왠지 "2 << -1 == 0"의 결과가 마음에 걸립니다. 음수로 인해 "<< (left shift operator)" 결과가 ">> (right shift operator)"와 동일하게 나타나는 것이라면 1의 결괏값이 나와야 하는데, 0으로 나오다니... 설명이 안되는 것이었습니다.
더욱 재미있는 것은 2가 아닌 값을 shift 했을 때 나옵니다.
4 << -1 0x00000000
4 << -2 0x00000000
4 << -3 0x80000000
8 << -1 0x00000000
8 << -2 0x00000000
8 << -3 0x00000000
8 << -4 0x80000000
결국, 부끄럽게도 그동안 제가 "<< (left shift operator)", ">> (right shift operator)" 연산자에 대한 기본적인 이해도 없이 사용했다는 결론만 나온 것입니다. ^^
확실한 이해를 위해 우선, C# 매뉴얼을 찾아보기로 했습니다.
<< Operator (C# Reference)
; https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/operators/bitwise-and-shift-operators#left-shift-operator-
솔직히, 처음에 위의 글을 봤을 때는 원인을 찾을 수 없었습니다. (나중에 보니, 답이 있었는데... 현재의 상태에서는 눈에 띄지 않았습니다.)
좀 더 검색을 해서 다음의 글을 보게 되었는데, 그제서야 이해가 되었습니다. (재미있군요. 자바에서 ^^ 결과가 나오다니.)
Java Quick Reference
Operators and Assignments - Shift Operators
; http://www.janeg.ca/scjp/oper/shift.html
정리하면, Shift 연산자의 우측 Operand 값은 좌측 Operand의 값이 32비트이면 5비트, 64비트이면 6비트만 사용된다는 것입니다. 따라서, -1, -2, -3 값이 우측 Operand 값에 나오면 실제로 shift 되어야 하는 값은 다음과 같이 계산되어집니다.
-1 == 2진수 11111111111111111111111111111111
-2 == 2진수 11111111111111111111111111111110
-3 == 2진수 11111111111111111111111111111101
좌측 operand 값이 32비트 형이므로 각각의 값에서 하위 5비트만 취함. 즉 0x1F 값과 AND 연산을 하면,
-1의 경우,
11111111111111111111111111111111
& 00000000000000000000000000011111
--------------------------------------
11111 == (10진수: 31)
-2의 경우,
11111111111111111111111111111110
& 00000000000000000000000000011111
--------------------------------------
11110 == (10진수: 30)
-3의 경우,
11111111111111111111111111111101
& 00000000000000000000000000011111
--------------------------------------
11101 == (10진수: 29)
따라서, 결국 다음과 같은 연산으로 바뀌는 것입니다.
2 << -1 == 2 << 31
2 << -2 == 2 << 30
2 << -3 == 2 << 29
이해를 모두 하고 나서 다시 C# 도움말 -
<< Operator (C# Reference)을 보니, 거기에 설명된 문구의 진정한 의미가 해석이 되었습니다.
If the first operand is an int or uint (32-bit quantity), the shift count is given by the low-order five bits of the second operand. That is, the actual shift count is 0 to 31 bits.
If the first operand is a long or ulong (64-bit quantity), the shift count is given by the low-order six bits of the second operand. That is, the actual shift count is 0 to 63 bits.
음... 기왕이면 자바 도움말 -
Operators and Assignments - Shift Operators처럼 설명이 좀 더 자세했으면... 하는 아쉬움이 들더군요. ^^
다시 처음의 C# 코드로 돌아가서,
int result = 2 << -9;
과연 이것이 올바르게 의도된 동작일까 싶더군요. 실제로 C/C++ 도움말에 보면 다음과 같은 설명글을 볼 수 있습니다.
The result is undefined if the right operand of a shift expression is negative
즉, 정상적인 이해를 요하는 C# 코드라면 다음과 같이 작성되는 것이 더욱 바람직하지 않을까 하는 것이 제 개인적인 의견입니다.
int result = 2 << 23;
어쨌든, 덕분에 비트 Shift 연산자를 좀 더 이해할 수 있는 계기가 되긴 했지만. ^^
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