Javaのシフト演算の注意点

問題

先日、Twitterに以下の投稿をしました。

本日のパズル。さてどうなるか。
System.out.println("(1<<31)<<1=" + ((1<<31)<<1));
System.out.println(" 1<<32 =" + (1<<32) );

— fukushiw (@fukushiw) 2016年11月8日

この答え、実際に実行せずに分かりますでしょうか？

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解答

まずは javap -v の結果から

C:\TEMP>javap -v ShiftTest
Classfile /C:/TEMP/ShiftTest.class
  Last modified 2016/11/08; size 454 bytes
  MD5 checksum 644670dc34f923a57cd1ee900e33c5f0
  Compiled from "ShiftTest.java"
public class ShiftTest
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #7.#16         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #17.#18        // java/lang/System.out:Ljava/io/Print
Stream;
   #3 = String             #19            // (1<<31)<<1=0
   #4 = Methodref          #20.#21        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/
lang/String;)V
   #5 = String             #22            //  1<<32    =1
   #6 = Class              #23            // ShiftTest
   #7 = Class              #24            // java/lang/Object
   #8 = Utf8               <init>
   #9 = Utf8               ()V
  #10 = Utf8               Code
  #11 = Utf8               LineNumberTable
  #12 = Utf8               main
  #13 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #14 = Utf8               SourceFile
  #15 = Utf8               ShiftTest.java
  #16 = NameAndType        #8:#9          // "<init>":()V
  #17 = Class              #25            // java/lang/System
  #18 = NameAndType        #26:#27        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #19 = Utf8               (1<<31)<<1=0
  #20 = Class              #28            // java/io/PrintStream
  #21 = NameAndType        #29:#30        // println:(Ljava/lang/String;)V
  #22 = Utf8                1<<32    =1
  #23 = Utf8               ShiftTest
  #24 = Utf8               java/lang/Object
  #25 = Utf8               java/lang/System
  #26 = Utf8               out
  #27 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #28 = Utf8               java/io/PrintStream
  #29 = Utf8               println
  #30 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
{
  public ShiftTest();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>
":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 4: 0

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljav
a/io/PrintStream;
         3: ldc           #3                  // String (1<<31)<<1=0
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.prin
tln:(Ljava/lang/String;)V
         8: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljav
a/io/PrintStream;
        11: ldc           #5                  // String  1<<32    =1
        13: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.prin
tln:(Ljava/lang/String;)V
        16: return
      LineNumberTable:
        line 18: 0
        line 19: 8
        line 20: 16
}
SourceFile: "ShiftTest.java"

はい。答えは書いてありますね。

• (1<<31)<<1=0
• 1<<32 =1

なのです。

1<<32=1なのはなぜか？

言語仕様に書いてあります。
http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-15.html#jls-15.19

If the promoted type of the left-hand operand is int, then only the five lowest-order bits of the right-hand operand are used as the shift distance.

つまり下5ビットしかみていないので、31が最大。32は0として扱われているので、 1<<32 = 1<<0 = 1 ということ。

言語仕様を読んでみよう

そこには新たな発見があるはず！
https://docs.oracle.com/javase/specs/