二进制数乘以2相当于左移1位,主要原因如下:
二进制权值规律
二进制数采用2的幂次方表示,每一位的权值依次为 (2^0, 2^1, 2^2, ldots)。左移1位时,所有位向左移动,最低位补0,相当于将每一位的权值乘以2。例如:
$$
00001111 text{ (15)} rightarrow 00111100 text{ (60)}
$$
即 (15 times 2 = 30),(111 times 2 = 232),最终结果为 (15 times 2^2 = 60)。
位运算效率
位运算(左移)在计算机中执行速度远快于乘法运算。通过左移1位实现乘2,可显著提升程序运行效率,尤其在处理大量数据时优势明显。
算术移位特性
在算术移位(算数左移)中,高位溢出被丢弃,低位补0,确保结果符合二进制数的符号规则。这与乘2的操作一致,不会引入符号位变化。
扩展性
左移操作可推广到乘以 (2^n),即左移 (n) 位。例如,乘8相当于左移3位,乘16相当于左移4位,符合二进制乘法规律。
综上,二进制乘2通过左移1位实现,既符合二进制权值规律,又具备高效性和算术一致性。