計算機中的符號數有三種表示方法,即原碼、反碼和補碼。三種表示方法均有符號位和數值位兩部分,符號位都是用0表示「正」,用1表示「負」,而數值位,三種表示方法各不相同。
在計算機系統中,數值一律用補碼來表示和儲存。原因在於,使用補碼,可以將符號位和數值域統一處理;同時,加法和減法也可以統一處理。此外,補碼與原碼相互轉換,其運算過程是相同的,不需要額外的硬體電路。
1、正數5的表示法 假設有乙個 int 型別的數,值為5,那麼,我們知道它在計算機中表示為: 00000000 00000000 00000000 00000101 5轉換成二制是101,不過int型別的數占用4位元組(32位),所以前面填了一堆0。
2、負數-5的表示法 現在想知道,-5在計算機中如何表示?在計算機中,負數以原碼的補碼形式表達。
1、原碼:乙個正數,按照絕對值大小轉換成的二進位制數;乙個負數按照絕對值大小轉換成的二進位制數,然後最高位補1,稱為原碼。
比如 00000000 00000000 00000000 00000101 是 5的 原碼。
10000000 00000000 00000000 00000101 是 -5的 原碼。
備註:比如byte型別,用2^8來表示無符號整數的話,是0 - 255了;如果有符號, 最高位表示符號,0為正,1為負,那麼,正常的理解就是 -127 至 +127 了.這就是原碼了,值得一提的是,原碼的弱點,有2個0,即+0和-0(10000000和00000000);還有就是,進行異號相加或同號相減時,比較笨蛋,先要判斷2個數的絕對值大小,然後進行加減操作,最後運算結果的符號還要與大的符號相同;於是,反碼產生了。
2、反碼:正數的反碼與原碼相同,負數的反碼為對該數的原碼除符號位外各位取反[每一位取反(除符號位)]。
取反操作指:原為1,得0;原為0,得1。(1變0; 0變1)
比如:正數00000000 00000000 00000000 00000101 的反碼還是 00000000 00000000 00000000 00000101
負數10000000 00000000 00000000 00000101 的反碼則是 11111111 11111111 11111111 11111010。
反碼是相互的,所以也可稱:10000000 00000000 00000000 00000101 和 11111111 11111111 11111111 11111010互為反碼。
備註:還是有+0和-0,沒過多久,反碼就成為了過濾產物,也就是,後來補碼出現了。
3、補碼:正數的補碼與原碼相同,負數的補碼為對該數的原碼除符號位外各位取反,然後在最後一位加1.
比如:10000000 00000000 00000000 00000101 的補碼是:11111111 11111111 11111111 11111010。
那麼,補碼為:
11111111 11111111 11111111 11111010 + 1 = 11111111 11111111 11111111 11111011
備註:1、從補碼求原碼的方法跟原碼求補碼是一樣的 (或者也可以通過完全逆運算來做,先減一,再取反。)
2、補碼卻規定0沒有正負之分
所以,-5 在計算機中表達為:11111111 11111111 11111111 11111011。轉換為十六進製制:0xfffffffb。
我們來看整數-1在計算機中如何表示。假設這也是乙個int型別,那麼:
1、先取-1的原碼:10000000 00000000 00000000 00000001
2、得反碼: 11111111 11111111 11111111 11111110(除符號位按位取反)
3、得補碼: 11111111 11111111 11111111 11111111
可見,-1在計算機裡用二進位制表達就是全1。16進製為:0xffffff
正數的反碼和補碼都與原碼相同。
負數的反碼為對該數的原碼除符號位外各位取反。
負數的補碼為對該數的原碼除符號位外各位取反,然後在最後一位加1
原碼:優點在於換算簡單 缺點在於兩個零 加減法需要獨立運算
反碼:有點在於表示清晰 缺點在於兩個零 加減法同樣需要獨立運算
補碼:優點在於乙個零 範圍大 減法可以轉為加法 缺點在於理解困難
下面是書上原文:
原碼表示法規定:用符號位和數值表示帶符號數,正數的符號位用「0」表示,負數的符號位用「1」表示,數值部分用二進位制形式表示。
反碼表示法規定:正數的反碼與原碼相同,負數的反碼為對該數的原碼除符號位外各位取反。
補碼表示法規定:正數的補碼與原碼相同,負數的補碼為對該數的原碼除符號位外各位取反,然後在最後一位加1.
正零和負零的補碼相同,[+0]補=[-0]補=0000 0000b
1000 0000,那麼,它的原碼是什麼呢?從補碼求原碼的方法跟原碼求補碼是一樣的。先保留符號位其它求反: 1111
1111, 再加1,11000 0000, 超過了8位了。對,用8位數的原碼在這裡已經無法表示了。
那麼,回到原碼處, 它的原碼也是 1000 0000(超出的自動丟失),1000 0000 在原碼表示什麼呢? -0, 但補碼卻規定0沒有正負之分。
轉換一下思路,看看計算機裡,是怎麼運算的:
對於負數,先取絕對值,然後求反,加一
-128 -> 128 -> 1000 0000 -> 0111 1111 -> 1000 0000
現在明確了吧
所以, 8位有符號的整數取值範圍的補碼表示
1000 0000 到 0000 0000, 再到 0111 1111
即 -128 到 0, 再到 127
最終 -128 ~ +127
永遠記住:程式裡的加減法對 二進位制是永遠有效的。但是並不一定適合於真實世界。
byte m = -128;
byte q = 1;
byte p = (byte)(m - q); //這一步其實編譯器會報錯,其實是發現越界了,我們強行轉化為byte就可以看出結果。
system.out.println( p); p的結果為:127
整數表示 補碼 原碼 反碼
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