為什么8位有符號定點數(shù)的表示范圍是-128~127英染?

本文寫作時長3小時

計算機中,定點數(shù)的表示法有三種:原碼被饿,反碼四康,補碼。99%的計算機使用補碼表示狭握。

由于無符號定點數(shù)的原碼闪金,反碼,補碼都是一樣的论颅,所以也所謂什么原反補了哎垦。

原碼

有符號數(shù)的原碼表示

最高位為符號位,其余位數(shù)表示數(shù)值
符號位占據(jù)位7(第8位)恃疯,剩余7位表示值

正數(shù)部分

最大為0111 1111漏设,十進制為127
0000 00000111 1111+0+127今妄,共128個數(shù)

負數(shù)部分

最小為1111 1111郑口,十進制為-127
1111 11111000 0000-127-0盾鳞,共128個數(shù)

0的表示法

1000 0000 犬性,十進制為-0
0000 0000,十進制為+0
0的表示法用原碼有兩種形式腾仅,這是不行的

關(guān)于運算

試試用原碼進行1+(-1)運算

0000  0001
1000  0001
1000  0002

結(jié)果等于-2乒裆,wrong

假定+0-0是兩個數(shù)
8位有符號數(shù)的原碼可以表示256個數(shù)
然而+0-0是沒有意義的,認為是一個數(shù)的話推励,就是255個數(shù)

無符號數(shù)的原碼表示

由于沒有符號位缸兔,所以8位都是數(shù)值位
最小0000 0000,十進制為0
最大1111 1111吹艇,十進制為255
范圍是0~255惰蜜,共256個數(shù)

反碼

反碼規(guī)定:正數(shù)部分的反碼與原碼相同,負數(shù)部分的反碼除去符號位各位取反

有符號數(shù)的反碼表示
負數(shù)部分

原碼表示
1111 11111000 0000
所以反碼(去除符號位受神,各位取反)為
1000 00001111 1111

正數(shù)部分

原碼表示
0000 00000111 1111
反碼(和原碼相同)為
0000 00000111 1111

范圍是1000 0000~0111 1111抛猖,-127~127
也是256個數(shù)

關(guān)于0的表示

反碼的0也有兩種
1111 11110000 0000
看來反碼也不行啊 (○′?д?)? <table>

關(guān)于運算

看看1+(-1)的問題解決了嗎

0000  0001
1111  1110
1111  1111

等于0,運算問題解決了鼻听,但是0的表示法的問題依舊沒有解決

無符號數(shù)的反碼表示

與原碼相同

補碼

補碼規(guī)定:正數(shù)部分的補碼與原碼相同财著,負數(shù)部分的補碼為除去符號位反碼+1

有符號數(shù)的補碼表示
負數(shù)部分

原碼
1111 11111000 0000
反碼(去除符號位,各位取反)
1000 00001111 1111
補碼 (反碼+1)
1000 00011000 0000(溢出)

正數(shù)部分

原碼表示
0000 00000111 1111
反碼(和原碼相同)為
0000 00000111 1111
補碼(和原碼相同)
0000 00000111 1111

關(guān)于0的表示

按照這個規(guī)則其實0的表示還是兩種
1000 00000000 0000

只不過撑碴,1000 0000規(guī)定為-128
所以0的表示就唯一了

負數(shù)部分:1000 0000撑教、1000 00011111 1111
就是 -128-127-1醉拓,所以就是-128-1
正數(shù)部分:0000 00000111 1111
就是0127

整體就是-128-127伟姐,嗯收苏,可以

關(guān)于運算

1+(-1)

0000  0001
1111  1111
0000  0000(溢出)

剛好是0000 0000

至此,運算問題解決愤兵,0的表示問題解決鹿霸。那就補碼了。

為什么要有原碼秆乳,反碼懦鼠,補碼?

有很多原因屹堰,只單單從本文角度簡單地來說
原碼:解決數(shù)值的符號問題
反碼:解決相同數(shù)值正負相加不等于0的問題
補碼:解決0的表示不唯一的問題

參考鏈接:
https://www.zhihu.com/question/20159860/answer/71256667

注意:
** 補碼的推導(dǎo)過程(本文肛冶,以及絕大多數(shù)教材)并不完全正確。如果單單從上述觀點去理解補碼扯键,是理解不了補碼的睦袖,上述觀點只是從結(jié)果的某一方面來說,簡單粗暴的進行補碼推導(dǎo)忧陪。**

假如從原理來講,先看這個近范,以后再做補充
https://www.zhihu.com/question/28685048/answer/41735701

理解有限嘶摊,歡迎指正!

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