zoukankan      html  css  js  c++  java
  • 什么是原码反码补码 计算机中负数的表示

    原码:将一个整数,转换成二进制,就是其原码。如单字节的5的原码为:0000 0101;-5的原码为1000 0101。
    反码:正数的反码就是其原码;负数的反码是将原码中,除符号位以外,每一位取反。如单字节的5的反码为:0000 0101;-5的原码为1111 1010。
    补码:正数的补码就是其原码;负数的反码+1就是补码。如单字节的5的补码为:0000 0101;-5的原码为1111 1011。
     
     
    在计算机中,正数是直接用原码表示的,如单字节5,在计算机中就表示为:0000 0101。负数用补码表示,如单字节-5,在计算机中表示为1111 1011。
    这儿就有一个问题,为什么在计算机中,负数用补码表示呢?为什么不直接用原码表示?如单字节-5:1000 0101。
    我想从软件上考虑,原因有两个:
     
    1、表示范围
    拿单字节整数来说,无符号型,其表示范围是[0,255],总共表示了256个数据。有符号型,其表示范围是[-128,127]。
    先看无符号,0表示为0000 0000,255表示为1111 1111,刚好满足了要求,可以表示256个数据。
    再看有符号的,若是用原码表示,0表示为0000 000。因为咱们有符号,所以应该也有个负0(虽然它还是0):1000 0000。
    那我们看看这样还能够满足我们的要求,表示256个数据么?
    正数,没问题,127是0111 1111,1是0000 0001,当然其它的应该也没有问题。
    负数呢,-1是1000 0001,那么把负号去掉,最大的数是111 1111,也就是127,所以负数中最小能表示的数据是-127。
    这样似乎不太对劲,该如何去表示-128?貌似直接用原码无法表示,而我们却有两个0。
    如果我们把其中的一个0指定为-128,不行么?这也是一个想法,不过有两个问题:一是它与-127的跨度过大;二是在用硬件进行运算时不方便。
    所以,计算机中,负数是采用补码表示。如单字节-1,原码为1000 0001,反码为1111 1110,补码为1111 1111,计算机中的单字节-1就表示为1111 1111。
    单字节-127,原码是1111 1111,反码1000 0000,补码是1000 0001,计算机中单字节-127表示为1000 0001。
    单字节-128,原码貌似表示不出来,除了符号为,最大的数只能是127了,其在计算机中的表示为1000 0000。
     
    2、大小的习惯(个人观点)
    也可以从数据大小上来理解。还是以单字节数据为例。有符号数中,正数的范围是[1,127],最大的是127,不考虑符号为,其表示为111 1111;最小的是1,不考虑符号为,其表示为000 0001。
    负数中,最大的是-1,我们就用111 1111表示其数值部分。后面的数据依次减1。减到000 0001的时候,我们用它标示了-127。再减去1,就变成000 0000了。还好我们有符号为,所以有两个0。把其中带符号的0拿过来,表示-128,刚好可以满足表示范围。
     
     
    以上只是从软件的角度进行了分析,当然,从硬件的角度出发,负数使用补码表示也是有其原因的,毕竟计算机中,最终实现运算的还是硬件。主要原因有三:
     
    1、负数的补码,与其对应正数的补码之间的转换可以用同一种方法----求补运算完成,简化硬件。
    如:
                        原码                反码                补码
    -127 -〉127    1000 0001  -〉 0111 1110  -〉 0111 1111
    127 -〉-127    0111 1111  -〉 1000 0000  -〉 1000 0001
    -128 -〉128    1000 0000  -〉 0111 1111  -〉 1000 0000
    128 -〉-128    1000 0000  -〉 0111 1111  -〉  1000 0000
    可以发现,负数和正数求补的方法是一样的。
     
    2、可以将减法变为加法,省去了减法器。
    在计算机中,我们可以看到,对其求补,得到的结果是其数值对应的负数。同样,负数也是如此。
    运算中,减去一个数,等于加上它的相反数,这个小学就学过了。既然其补码就是其相反数,我们加上其补码不就可以了。
    如:A - 127,
    也就相当于:A + (-127),
    又因为负数是以补码的形式保存的,也就是负数的真值是补码,既然这样,当我们要减一个数时,直接把其补码拿过来,加一下,就OK了,我们也可以放心地跟减法说拜拜了!
    当然这也涉及到类型转换的问题,如单字节128,其原码是1000 0000,其补码也是1000 0000。这样我们+128,或者-128,都是拿1000 0000过来相加,这样不混乱掉了?还好,各个编程语言的编辑器对有类型转换相关的限制。
    如:(假设常量都是单字节)
    1 + 128, 真值的运算是 0000 0001 + 1000 0000 ,如果你将结果赋值给一个单字节有符号正数,编辑器会提示你超出了表示范围。因为运算的两个数据是无符号的,其结果也是无符号的129,而有符号单字节变量最大可以表示的是127。
    1 - 128,真知的运算是 0000 0001 + 1000 0000 ,因为-128是有符号,其运算结果也是有符号,1000 0001,刚好是-127在计算机中的真值。
     
    3、无符号及带符号的加法运算可以用同一电路完成。
    有符号和无符号的加减,其实都是把它们的真值拿过来相加。真值,也就是一个数值在计算机中的二进制表示。正数的真值就是其原码,负数的真值是其补码。所以,有符号和无符号由编译器控制,计算机要做的补过是把两个真值拿过来相加。

    这里是我的理解:
    这里 数字表示方法为:
    1byte=8位  比如数字:2 表示为2进制为 00000010
    8位中左边开始第一位表示符号位  0 表示正数  1表示负数 
    1byte中最大的正数就是  01111111=2的6次方+2的5次方 一直到 2的0次方  =64+32+16+8+4+2+1=127
    00000000 左边第一位0开始所以表示 +0
    那么 10000000 左边第一位是1 但是也是代表0 是-0
    +0和-0 所表示的意义 完全是一样的 
    怎么样不浪费这个 -0的位置了 -0的2进制值就是10000000
    这里将补码引入 就可以将这个值用起来
    补码的表示法为 原码绝对值->反码+1 
    所有负数都是使用补码进行表示的
    比如 -2 的就 -2的绝对值 也就是2 的原码00000010 去除左边第一位的符号位取反 就是1111101  在加入1  结果为 1111110 在符号位上加入1 
    就是  11111110 
                     看下面的列表 可以知道 仅剩一个10000000 就用来表示 -128了
    这里在看-127 绝对值127的原码为:01111111   1111111->0000000->0000001->10000001
                    -126 绝对值126的原码为:01111110   1111110->0000001->0000010->10000010
                   -125 绝对值125的原码为:01111101   1111101->0000010->0000011->10000011
                  ..........
                   -1 绝对值1的原码为 00000001   0000001->1111110->1111111->11111111
    -1的后7位 也就是 127的后7位 
    -2的后7位  也就是 126的后7位 只是符号位不一样
    这里方便记忆理解为为  127>126 所以127的后七位大于126的后七位
                     所以 -1的后七位也大于 -2的后七位

    正数的补码就是其本身 
  • 相关阅读:
    java基础-代理模式
    java基础-反射(细节)
    java基础-反射
    设计模式之单例
    23种设计模式汇总整理
    dialog--not attached to window manager
    java之设计模式
    android-sdk和api版本
    studio之mac快捷键
    控件之ReleLayout属性
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/liaomin416100569/p/9331394.html
Copyright © 2011-2022 走看看