语言背景Java其他也一样,计算机原理实现都是一样的,只不过其中举例子是Java。
前言:
1. 带符号位就是最前面的一位是符号位,正数是 0 表示,负数是 1 表示;
2.正数以原码保存,负数以补码保存;
3.有符号位的0应该如何表示,10000/00000 这时候0 用正数0 标示;
4.负数0用来标示负数最大值,这时候10....000只是含义上的补码,并没有原码表示;
正片:
正数就是原码表示所以最大值就是除符号位以外的都是1:011111...11;
int 中 2^32 正数的最大值:2^31 -1 = 2147483647;
负数在以补码保存(后面解释):
-1
原码:10000...0001; 反码:11111...1110; 补码:11111...1111;
-2147483647:
原码:11111...1111; 反码:10000...0000;补码:10000...0001;
上面说过负数的最小值是用 “负0”表示的:
-2147483648:
补码:10000000000000000;没有原码
为什么这样你可以这样理解,补码是同符号位的原码的补数(后面解释),原码在+1 == 补码-1;
这样同为负数的情况下, -2147483648 的补码不就是 -2147483647 的补码-1么?(总算圆上了!!哈哈!)
附录:
补码 = 反码 + 1,补码为什么是反码+1?(下面有部分抄袭)
1)模数:是指对计量系统的计数范围。
32位计算机的计量范围是2^32,模 = 2^32。
“模”是计量器产生“溢出”的量,它的值在计量器上表示不出来,计量器上只能表示出模的余数,如5的余数有0,1,2,3,4。
2)补数:两个数在一个有模数的系统中加和为模数,即互为补数。
比如时钟,如果不考虑天的问题,倒拨3小时 == 整拨9小时;
在以模为12的系统中,加9和减3效果是一样的,因此凡是减3运算,都可以用加9来代替。对“模”12而言,9和3互为补数(二者相加等于模)。所以我们可以得出一个结论,即在有模的计量系统中,减一个数等于加上它的补数,从而实现将减法运算转化为加法运算的目的。
3)补码原理:
计算机上的补码就是算术里的补数。
设我们有一个 4
位的计算机,则其计量范围即模是
2^4 = 16,所以其能够表示的范围是0~15
,现在以计算 5 - 3
为例,我们知道在计算机中,加法器实现最简单,所以很多运算最终都要转为加法运算,因此5-3
就要转化为加法:
# 按以上理论,减一个数等于加上它的补数,所以
5 - 3
# 等价于
5 + (16 - 3) // 算术运算单元将减法转化为加法
# 用二进制表示则为:
0101 + (10000 - 0011)
# 等价于
0101 + ((1 + 1111) - 0011)
# 等价于
0101 + (1 + (1111 - 0011))
# 等价于
0101 + (1 + 1100) // 括号内是3(0011)的反码+1,正是补码的定义
# 等价于
0101 + 1101
# 所以从这里可以得到
-3 = 1101
# 即 `-3` 在计算机中的二进制表示为 `1101`,正是“ -3 的正值 3(`0011`)的补码(`1101`)”。
# 最后一步 0101 + 1101 等于
10010
因为我们的计算机是 4
位的,第一位“溢出”了,所以我们只保存了 4
位,即 0010
,而当计算机去读取时这正是我们所期望的 2
!!叹为观止吧,天才般的设计!感恩伏羲、莱布尼兹和冯诺依曼!
4)负数被保存成补码大概就是因为计算的时候可以直接使用加法器吧!
补个图安心: