带符号long long大数右移操作异常原因咨询

当对字节执行移位操作时，存在一些不符合预期的场景。例如执行以下代码：

printf("shifted bytes %llx\n", (((long long)1 << 63 ))>>1);

其输出为c000000000000000，但使用unsigned long long类型或初始左移位数小于63时不会出现该问题。由于1在带符号与无符号long long中均存储为0000000000000001，且仅执行位运算，理论上不应存在差异，请问该现象为何会发生？

这是因为带符号整数的右移是算术右移，而无符号整数的右移是逻辑右移，二者行为完全不同，核心差异在于符号位的处理：

• 第一步：(long long)1 << 63
  对于64位带符号long long，最高位是符号位（0表示正数，1表示负数）。将值为1（二进制仅最低位为1，其余全0）的带符号数左移63位后，符号位被置为1，得到long long类型的最小值：0x8000000000000000（二进制最高位为1，其余位全0）。
  注：虽然C标准对带符号数左移溢出的行为定义为未定义，但主流编译器都会按算术移位规则处理，直接移动位并保留符号位的变化。

• 第二步：将上述结果右移1位
  带符号整数的算术右移会用符号位（此时为1）填充左侧空出的位，而非用0填充。因此0x8000000000000000右移1位后，最高两位变为11，其余位为0，最终结果就是0xc000000000000000，与你看到的输出一致。

• 无符号类型无异常的原因
  使用unsigned long long时，右移是逻辑右移，无论何种情况都用0填充左侧空位。(unsigned long long)1 << 63得到0x8000000000000000，再右移1位会变成0x4000000000000000，符合"单纯移位"的预期结果。

• 左移位数小于63时无异常的原因
  当左移位数小于63时，带符号数的符号位不会被置1，移位后仍为正数。此时算术右移和逻辑右移的效果一致（符号位为0，填充的也是0），所以结果与无符号类型的移位结果相同。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user20695956