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Operadores bit a bit e de deslocamento (referência do C#)

  • Artigo

Os operadores bit a bit e de deslocamento incluem complemento bit a bit unário, deslocamento binário para a esquerda e a direita, deslocamento sem sinal para a direita e os operadores binários lógicos AND, OR e OR exclusivo. Esses operandos usam operandos dos tipos numéricos integrais ou do tipo char.

Esses operadores são definidos para os tipos int, uint, long e ulong. Quando ambos os operandos são de outros tipos integrais (sbyte, byte, short, ushort ou char), seus valores são convertidos no tipo int, que também é o tipo de resultado de uma operação. Quando os operandos são de tipos integrais diferentes, seus valores são convertidos no tipo integral mais próximo que o contém. Para saber mais, confira a seção Promoções numéricas da Especificação da linguagem C#. Os operadores compostos (como >>=) não convertem seus argumentos em int ou têm o tipo de resultado como int.

Os operadores &, | e ^ também são definidos para os operandos do tipo bool. Para obter mais informações, veja Operadores lógicos boolianos.

As operações de deslocamento e bit a bit nunca causam estouro e produzem os mesmos resultados nos contextos marcados e desmarcados.

Operador de complemento bit a bit ~

O operador ~ produz um complemento bit a bit de seu operando invertendo cada bit:

uint a = 0b_0000_1111_0000_1111_0000_1111_0000_1100;
uint b = ~a;
Console.WriteLine(Convert.ToString(b, toBase: 2));
// Output:
// 11110000111100001111000011110011

Você também pode usar o símbolo ~ para declarar finalizadores. Para mais informações, consulte Finalizadores.

Operador de deslocamento à esquerda <<

O operador << desloca para esquerda o operando à esquerda pelo número de bits definido pelo seu operando à direita. Para saber mais sobre como o operando à direita define a contagem de deslocamento, veja a seção Contagem de deslocamento dos operadores de deslocamento.

A operação de deslocamento à esquerda descarta os bits de ordem superior que estão fora do intervalo do tipo de resultado e define as posições de bits vazios de ordem inferior como zero, como mostra o exemplo a seguir:

uint x = 0b_1100_1001_0000_0000_0000_0000_0001_0001;
Console.WriteLine($"Before: {Convert.ToString(x, toBase: 2)}");

uint y = x << 4;
Console.WriteLine($"After:  {Convert.ToString(y, toBase: 2)}");
// Output:
// Before: 11001001000000000000000000010001
// After:  10010000000000000000000100010000

Como os operadores de deslocamento são definidos apenas para os tipos int, uint, long e ulong, o resultado de uma operação sempre contém pelo menos 32 bits. Se o operando à esquerda for de outro tipo integral (sbyte, byte, short, ushort ou char), seu valor será convertido no tipo int, como mostra o exemplo a seguir:

byte a = 0b_1111_0001;

var b = a << 8;
Console.WriteLine(b.GetType());
Console.WriteLine($"Shifted byte: {Convert.ToString(b, toBase: 2)}");
// Output:
// System.Int32
// Shifted byte: 1111000100000000

Operador de deslocamento à direita >>

O operador >> desloca para direita o operando à esquerda pelo número de bits definido pelo seu operando à direita. Para saber mais sobre como o operando à direita define a contagem de deslocamento, veja a seção Contagem de deslocamento dos operadores de deslocamento.

A operação de deslocamento à direita descarta os bits de ordem inferior, como mostra o exemplo a seguir:

uint x = 0b_1001;
Console.WriteLine($"Before: {Convert.ToString(x, toBase: 2), 4}");

uint y = x >> 2;
Console.WriteLine($"After:  {Convert.ToString(y, toBase: 2).PadLeft(4, '0'), 4}");
// Output:
// Before: 1001
// After:  0010

As posições vazias de bit de ordem superior são definidas com base no tipo do operando à esquerda da seguinte maneira:

  • Se o operando à esquerda for do tipo int ou long, o operador de deslocamento à direita executará um deslocamento aritmético: o valor do bit mais significativo (o bit de sinal) do operando à esquerda é propagado para as posições vazias de bits de ordem superior. Ou seja, as posições vazias de bit de ordem superior são definidas como zero se o operando à esquerda for positivo e definidas como um se ele for negativo.

    int a = int.MinValue;
Console.WriteLine($"Before: {Convert.ToString(a, toBase: 2)}");

int b = a >> 3;
Console.WriteLine($"After:  {Convert.ToString(b, toBase: 2)}");
// Output:
// Before: 10000000000000000000000000000000
// After:  11110000000000000000000000000000

  • Se o operando à esquerda for do tipo uint ou ulong, o operador de deslocamento à direita executará um deslocamento lógico: as posições vazias de bit de ordem superior são sempre definidas como zero.

    uint c = 0b_1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000;
Console.WriteLine($"Before: {Convert.ToString(c, toBase: 2), 32}");

uint d = c >> 3;
Console.WriteLine($"After:  {Convert.ToString(d, toBase: 2).PadLeft(32, '0'), 32}");
// Output:
// Before: 10000000000000000000000000000000
// After:  00010000000000000000000000000000

Observação

Use o operador de deslocamento à direita sem sinal para executar um deslocamento lógica em operandos de tipos inteiros com sinal. Isso é preferido para converter um operando à esquerda em um tipo não assinado e, em seguida, converter o resultado de uma operação de deslocamento de volta para um tipo assinado.

Operador de deslocamento para a direita sem sinal >>>

Disponível em C# 11 e versões posteriores, o operador >>> desloca para direita o operando à esquerda pelo número de bits definido pelo seu operando à direita. Para saber mais sobre como o operando à direita define a contagem de deslocamento, veja a seção Contagem de deslocamento dos operadores de deslocamento.

O operador >>> sempre realiza um deslocamento lógico. Ou seja, as posições de bits vazias de alta ordem são sempre definidas como zero, independentemente do tipo do operando à esquerda. O operador >> executa um deslocamento aritmético (ou seja, o valor do bit mais significativo é propagado para as posições de bit vazias de alta ordem) se o operando à esquerda for de um tipo assinado. O seguinte exemplo demonstra a diferença entre os operadores >> e >>> para um operando à esquerda negativo:

int x = -8;
Console.WriteLine($"Before:    {x,11}, hex: {x,8:x}, binary: {Convert.ToString(x, toBase: 2), 32}");

int y = x >> 2;
Console.WriteLine($"After  >>: {y,11}, hex: {y,8:x}, binary: {Convert.ToString(y, toBase: 2), 32}");

int z = x >>> 2;
Console.WriteLine($"After >>>: {z,11}, hex: {z,8:x}, binary: {Convert.ToString(z, toBase: 2).PadLeft(32, '0'), 32}");
// Output:
// Before:             -8, hex: fffffff8, binary: 11111111111111111111111111111000
// After  >>:          -2, hex: fffffffe, binary: 11111111111111111111111111111110
// After >>>:  1073741822, hex: 3ffffffe, binary: 00111111111111111111111111111110

Operador AND lógico &

O operador & computa o AND lógico bit a bit de seus operandos integrais:

uint a = 0b_1111_1000;
uint b = 0b_1001_1101;
uint c = a & b;
Console.WriteLine(Convert.ToString(c, toBase: 2));
// Output:
// 10011000

Para operandos bool, o operador & computa o AND lógico de seus operandos. O operador & unário é o operador address-of.

Operador OR exclusivo lógico ^

O operador ^ computa o OR exclusivo lógico bit a bit, também conhecido como o XOR lógico bit a bit, de seus operandos integrais:

uint a = 0b_1111_1000;
uint b = 0b_0001_1100;
uint c = a ^ b;
Console.WriteLine(Convert.ToString(c, toBase: 2));
// Output:
// 11100100

Para operandos bool, o operador ^ computa o OR exclusivo lógico de seus operandos.

Operador OR lógico |

O operador | computa o OR lógico bit a bit de seus operandos integrais:

uint a = 0b_1010_0000;
uint b = 0b_1001_0001;
uint c = a | b;
Console.WriteLine(Convert.ToString(c, toBase: 2));
// Output:
// 10110001

Para operandos bool, o operador | computa o OR lógico de seus operandos.

Atribuição composta

Para um operador binário op, uma expressão de atribuição composta do formato

x op= y

é equivalente a

x = x op y

exceto que x é avaliado apenas uma vez.

O seguinte exemplo demonstra o uso da atribuição composta com operadores bit a bit e de deslocamento:

uint INITIAL_VALUE = 0b_1111_1000;

uint a = INITIAL_VALUE;
a &= 0b_1001_1101; 
Display(a);  // output: 10011000

a = INITIAL_VALUE;
a |= 0b_0011_0001; 
Display(a);  // output: 11111001

a = INITIAL_VALUE;
a ^= 0b_1000_0000;
Display(a);  // output: 01111000

a = INITIAL_VALUE;
a <<= 2;
Display(a);  // output: 1111100000

a = INITIAL_VALUE;
a >>= 4;
Display(a);  // output: 00001111

a = INITIAL_VALUE;
a >>>= 4;
Display(a);  // output: 00001111

void Display(uint x) => Console.WriteLine($"{Convert.ToString(x, toBase: 2).PadLeft(8, '0'), 8}");

Devido a promoções numéricas, o resultado da operação op pode não ser implicitamente conversível no tipo T de x. Nesse caso, se op for um operador predefinido e o resultado da operação for explicitamente convertido no tipo T de x, uma expressão de atribuição composta da forma x op= y será equivalente a x = (T)(x op y), exceto que x será avaliada apenas uma vez. O exemplo a seguir demonstra esse comportamento:

byte x = 0b_1111_0001;

int b = x << 8;
Console.WriteLine($"{Convert.ToString(b, toBase: 2)}");  // output: 1111000100000000

x <<= 8;
Console.WriteLine(x);  // output: 0

Precedência do operador

A lista a seguir ordena os operadores lógicos, começando da mais alta precedência até a mais baixa:

  • Operador de complemento bit a bit ~
  • Operadores de deslocamento <<, >> e >>>
  • Operador AND lógico &
  • Operador OR exclusivo lógico ^
  • Operador OR lógico |

Use parênteses, (), para alterar a ordem de avaliação imposta pela precedência do operador:

uint a = 0b_1101;
uint b = 0b_1001;
uint c = 0b_1010;

uint d1 = a | b & c;
Display(d1);  // output: 1101

uint d2 = (a | b) & c;
Display(d2);  // output: 1000

void Display(uint x) => Console.WriteLine($"{Convert.ToString(x, toBase: 2), 4}");

Para obter a lista completa de operadores C# ordenados por nível de precedência, consulte a seção Precedência de operador do artigo Operadores C#.

Contagem de deslocamento dos operadores de deslocamento

Para as expressões x << count, x >> count e x >>> count, a contagem real de deslocamento depende do tipo de x da seguinte maneira:

  • Se o tipo de x for int ou uint, a contagem de deslocamentos será definida pelos cinco bits de ordem inferior do operando à direita. Ou seja, a contagem de deslocamentos é calculada a partir de count & 0x1F (ou count & 0b_1_1111).

  • Se o tipo de x for long ou ulong, a contagem de deslocamentos será definida pelos seis bits de ordem inferior do operando à direita. Ou seja, a contagem de deslocamentos é calculada a partir de count & 0x3F (ou count & 0b_11_1111).

O exemplo a seguir demonstra esse comportamento:

int count1 = 0b_0000_0001;
int count2 = 0b_1110_0001;

int a = 0b_0001;
Console.WriteLine($"{a} << {count1} is {a << count1}; {a} << {count2} is {a << count2}");
// Output:
// 1 << 1 is 2; 1 << 225 is 2

int b = 0b_0100;
Console.WriteLine($"{b} >> {count1} is {b >> count1}; {b} >> {count2} is {b >> count2}");
// Output:
// 4 >> 1 is 2; 4 >> 225 is 2

int count = -31;
int c = 0b_0001;
Console.WriteLine($"{c} << {count} is {c << count}");
// Output:
// 1 << -31 is 2

Observação

Como mostra o exemplo anterior, o resultado de uma operação de deslocamento pode ser diferente de zero mesmo que o valor do operando à direita seja maior do que o número de bits no operando à esquerda.

Operadores lógicos de enumeração

Os operadores ~, &, | e ^ também têm suporte em qualquer tipo de enumeração. Para operandos do mesmo tipo de enumeração, uma operação lógica é executada nos valores correspondentes do tipo integral subjacente. Por exemplo, para qualquer x e y de um tipo de enumeração T com um tipo subjacente U, a expressão x & y produz o mesmo resultado que a expressão (T)((U)x & (U)y).

Geralmente, você usa os operadores lógicos bit a bit com um tipo de enumeração definido com o atributo sinalizadores. Para obter mais informações, veja a seção Tipos de enumeração como sinalizadores de bit do artigo Tipos de enumeração.

Capacidade de sobrecarga do operador

Um tipo definido pelo usuário pode sobrecarregar os operadores ~, <<, >>, >>>, &, |e ^. Quando um operador binário está sobrecarregado, o operador de atribuição composta correspondente também é implicitamente sobrecarregado. Um tipo definido pelo usuário não pode sobrecarregar explicitamente um operador de atribuição composta.

Se um tipo definido pelo usuário T sobrecarregar o operador <<, >> ou >>>, o tipo do operando à esquerda deverá ser T. No C# 10 e anterior, o tipo do operando à direita deve ser int; começando com C# 11, o tipo do operando à direita de um operador de deslocamento sobrecarregado pode ser qualquer um.

Especificação da linguagem C#

Para obter mais informações, confira as seguintes seções da especificação da linguagem C#:

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