原码,反码,补码,移码

写在前面:该文章为本人学习中写的一些笔记和心得,发表出来主要是为了记录自己的学习过程。本人才疏学浅,笔记难免存在不足甚至纰漏,但会不定期更新。


基本知识:假设有一个n位的二进制数

则这个二进制数共有 2^n种状态,这个数最大为2^{n}-1

反过来 2^7=128 ,写成二进制为1000 0000,一共有8位,1后面7个小数

以下举例均为n位数,实例为8位数


原码

简单直接的二进制,以下以定点数为例。

定点纯小数:0 100 0000首位为符号位,0为正1为负,这里表示0.1(10)

定点纯整数:0 000 0001这里表示1(10)

因为有符号位,所以有正负零之分0 000 0000和 1 000 0000

数据范围:-127~127(后面7位全为1)//公式表达为1-2^{n-1}<X<2^{n-1}-1

特点:原码不适合加减,但适合乘除


反码

正数的反码与其原码相同;负数的反码是对其符号位后的原码逐位取反,符号位不变(为1)

反码能表达的数据范围:与源码一样1-2^{n-1}<X<2^{n-1}-1


补码

目的:方便计算机进行加减

特点:在机器中适合加减的数字表示方式

补码能实现计算机"加上负数"的本质原理是模运算,也就是A减去B等于A加上B相对于A的补数再求模。就好像时钟顺时针拨动3h和逆时针拨动9h得到的结果一样。

二进制求补码:

补数=(原数+模)(mod 模),很明显,若原码是正,则补码是它本身,对于正数完全不用考虑求补码。

对于计算机,因为两个相加的数的位数相同(n),且和不能超过n+1位,因此应该取的模是100000...(n个0)。

因此对于n位纯小数,它的模(十进制)为2 ,对于n位纯整数,它的模为2n

模 :(1 0 000 0000)

原码:( 0 000 0000)

注意到,尽管符号位没有任何数值信息,这里取模依然把符号位考虑进去了,原因是我们可以通过定义补码,来使第一个符号位参与计算机计算,从而得到想要的结果。

(同时,把符号位算进去可以让我们在用数学公式法求二进制补数时,直接从结果得到补码

例: x= -0.1011

[x]补=10+x=10.0000-0.1011=1.0101

原来是要取模得补数为0.0101(2),但正好首位的1可以表示原数的负号,因此可直接读出补码为1 0101

)

因此对于补码,符号位既起指示正负号的作用,又参与运算。

另外,区别于原码有两个0(正负0),在补码的规定中,只有一个0(00000...的正0,因为原码也全是0),而1 0000...可以表示-1(补码纯小数)或-2n-1(补码纯整数)

//可以这么记(以纯整数为例):因为后面n-1个0取反后为n-1个1,加1后为2n-1(10),前面一个1表示负数,因此补码能表示-2n-1

补码怎么来:原码为正,补码与原码相同;原码为负,后面的位数为原码取反加1


移码

目的:为了方便计算机比大小,消除符号位对计算机的干扰

原理是把负数部分全部移到非负数方向,也就是说要把第一位符号位的意义给消除掉。消除方法为:对于补码的正数,符号位由0变为1,增大;对于补码的负数,符号位概念消除,在计算机中被定义为正数,又为了确保原负数小于原正数,符号位由1变为0。

为了保证每个数之间大小关系不变,要用补码来转换成移码,用原码来转换的话,负数之间的大小关系会反转。

数学公式:
宏观上来看是把居中的整个数轴平移到了非负半轴上,每个数之间的大小关系不变。

纯小数[X]移=1+X

纯整数 [X]移=2^{n-1}+X(一般标准)

移码怎么来:移码和补码尾数相同,符号位相反 (也就是补码 首位的1->0 ;0->1)

因为移码从补码那里来,所以也能额外多表示一个数

0 : 补码的0 0000... ==移码1 0000...

-2^n-1^(纯整数):补码1 0000....==移码0 0000....

更新日志:
2020/2/28:初版原稿
最后编辑于 :
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