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补码透彻理解(8位二进制数为例)

2024-07-11 04:34| 来源: 网络整理| 查看: 265

简介

  学习补码阶段一直没有搞清楚八位的补码为啥能多出个-128,因为对补码的理解不到位,影响到浮点数范围的计算,终于忍无可忍下决心彻底搞懂。

首先需知

  八位二进制可表示的范围为:     原码:-127~127     反码:-127~127     补码:-128~127

原因 原码

  第一位是符号位(负数为1,正数为0)。   也就是 1111 1111b 中首位1表示这个数是负数。   剩余的 _111 1111b 转换为十进制是:64+32+16 +8+4+2+1 = 127   所以源码的1111 1111b 表示的是十进制-127   同理源码的0111 1111b 表示的是十进制+127   注意!源码下的0有两种表达方式:   1000 0000b 对应的 -0 和 0000 0000 对应的+0

反码

  正数的反码是本身,负数的反码是除符号位后剩余的低位取反。   重点来了,一定要认清爸爸: 反码从原码计算来的!!!

  原码的 0111 1111 对应 十进制的127 反码表示为 0 111 1111   原码的 1111 1111 对应 十进制的-127 反码表示为1 000 0000   原码的 0000 0000 对应十进制的 +0 反码表示为0 000 0000   原码的 1000 0000 对应十进制的 - 0 反码表示为1 111 1111

反码的零也是有两个,一个正零,一个负零。

补码

   正数的补码是原码,负数的补码是其反码+1

  一定要!一定要!认清爸爸: 补码是从原码计算来的!!!

  原码的 0111 1111 对应 十进制的127 反码表示为 0 111 1111 补码表示为 0 111 1111   原码的 1111 1111 对应 十进制的-127 反码表示为1 000 0000 补码表示为 1 000 0001   原码的 0000 0000 对应十进制的 +0 反码表示为0 000 0000 补码表示为 0 000 0000   原码的 1000 0000 对应十进制的 - 0 反码表示为1 111 1111 补码表示为 0 000 0000

   注意到问题所在了么? 正负0 的补码都是 0 000 0000 !!!

  计算资源何其宝贵,怎么能浪费?

  剩下的一个补码1 000 0000b如何利用?

  如果用9位二进制数表示,则原码的 1 1000 0000 对应十进制的 -128 (原码只能9位才能表示出-128,最高位为符号位),反码表示为 1 0111 1111 补码表示为 1 1000 0000   -128补码的符号位是符号位 是符号位溢出了 。

   如果用9位二进制数表示,则原码的 0 1000 0000对应十进制的+128 ,反码表示为0 1000 0000,补码表示为0 1000 0000,略去高位符号位,咦!?你会发现这个数也可以表示二进制的补码1 000 0000b。那么问题来了,为啥八位有符号二进制数下 1 000 0000b 表示的是-128而不是+128呢 ?

   这里需要了解模运算,正的八位二进制数所能表示的最大值是127,我们再加一个正数,正数加正数肯定是正数,若符号位变成1则一定是产生溢出了。127 + 1 = 0 111 1111b + 0 000 0001 = 1 000 0000b = ???。电路中发现产生溢出,则会发生取模运算,既“由阳转阴”,也就是1 000 0000b为啥对应的是负的!

加强理解

   正的八位二进制数所能表示的最大值是127,我们再加 2,正数加正数肯定是正数,127 + 2 = 0 111 1111b + 0 000 0010 = 1 000 0001b = ???。电路中发现产生溢出,则会发生取模运算,同样也是“由阳转阴”,结果为十进制的 多少呢? 注意补码运算完还是补码,补码转原码是 : 先补码减1 然后除符号位其他位取反,也就是原码的 1 111 1111b,对应十进制 -127 !!!

… … … … … …

   正的八位二进制数所能表示的最大值是127,我们再加 127,正数加正数肯定是正数,127 + 127 = 0 111 1111b + 0 111 1111 = 1 111 1110b = ???。电路中发现产生溢出,则会发生取模运算,同样也是“由阳转阴”, 注意补码运算完还是补码,补码转原码是 : 先补码减1 然后除符号位其他位取反,也就是原码的 1 000 0010b,对应十进制 -2 !!!

简记

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