二进制:关于10000000如何表示-128的问题
C 语言关于补码的解释及误区
在中文的C 语言教材中,总有些人被原码、反码、补码弄得晕头转向,(其实我也觉得反码之类的东西是有些人自作聪明弄出来的定义,反而弄得 人晕头转向,有时候简单挺好)
正文开始: 关于补码,看过一些书籍和网文,基本都是在"求反加一"的方法、步骤上 反复强调,而对于补码的本质和定义,讨论的不足。这就对初学者的造成了误 导,使得很多人都纠结在-128 的补码求取过程中。 关于反码和原码,大家都是在郑重其事的讲解,
其实,学过的人都知道, 它们的重要性是0!
做而论道把自己对于补码的认识写在下面,但愿对读者有些帮助:
加法器 计算机里面,只有加法器,没有减法器,所有的减法运算,都必须用加法 进行。 即:减去某个数字(或者说加上某个负数)的运算,都应该研究如何用加法 来完成。 模、补数 在日常生活当中,可以看到很多这样的事情: 把某物体左转90 度,和右转270 度,在不考虑圈数的条件下,最终的效果 是相同的; 把分针倒拨20 分钟,和正拨40 分钟,在不考虑时针的条件下,效果也是 相同的; 把数字87,减去25,和加上75,在不考虑百位数的条件下,效果也是相 同的; …。 上述几组数字,有这样的关系: 90+270=360 20+40=60 25+75=100 式中的360、60 和100,就是"模"(也可以理解成"进制")。 式中的90 和270、20 和40,以及25 和75,就是一对对"互补"的数字。 知道了"模",求某个数字的"补数",就是轻而易举的了: 如果模为365,数字120 的补数为:365-120=245。 用补数代替原数,可把减法转变为加法。出现的进位就是模,此时的进位, 就应该忽略不计。 二进制数的模 前面说过的十进制数25 和75,它们是2 位数的运算,模是100,即1 的后 面加上2 个0。 如果有3 位数参加运算,模就是1000,即1 的后面加上3 个0。 这里的1000,是十进制数的一千,可以写成10^3,即10 的3 次方。 推论:有多少位数参加运算,模就是在1 的后面加上多少个0。 对于二进制数字,模也是这样推算。 如果是3 位二进制数参加运算,模就是1000,即1 的后面加上3 个0; 那么当8 位二进制数参加运算,模就是1 0000 0000,即1 的后面加上8 个0。 16 位二进制数参加运算,模可就大了,是1 的后面加上16 个0。 注意:这里提到的1、0,都是二进制数。 8 位二进制数的模可以按照十进制写成2^8,即256。 16 位数二进制数的模,就是2^16,按照十进制,它就是65536。 二进制数的补码 求二进制数的补数,目的是往计算机里面存放。 在计算机里面,存放的数字什么的,都称为机器码;那么二进制形式的补 数,也就改称为补码了。 一般情况下,都是以8 位二进制数来讨论补码,少数也有用16 位数的。 计算时加上正数,是不需要进行求取补数的;只有进行减法(或者加上负 数),才需要对减数求补数。 补码就是按照这个要求来定义的:正数不变,负数即用模减去绝对值。 已知一个数X,其8 位字长的补码定义为: /X 0=X=+127;正数和0 的补码,就是该数字本身 [X]补=| ^8-|X|-128=X 0;负数的补码,就是用1 0000 0000(2 的8 次方),减去该 数字的绝对值 例如X=-126,其补码为1000 0010,计算方法如下: 1 0000 0000 -0111 1110 - 1000 0010 可以看出,按照补码的定义来求补码,概念十分清晰,方法、步骤也是十 分简单的。 应用补码进行计算 用补码计算:83-25=58。 83-都变
成补码,再用加法运算-0101 0011 -25-1 0000 0000-0001 1001-+1110 0111 -- 58-忽略进位1,结果就是正确的-[1]0011 1010 计算结果如果超出了-128~+127 的范围,结果将是错误的,这是没有办法 纠正的。 应用补码进行计算,完全符合前面介绍的"用补数可把减法转换成加法"的 做法,只要忽略进位(这个进位1,就是求补的时候,加进去的1 0000 0000 中 的1),结果就是正确的。
这些关于补数、补码的定义、方法、步骤,读者如果看懂了前面的文字, 相信大家自己都可以总结出来。 那么为什么总有些网友要提出关于求取补码的问题呢? 在做而论道看来,就是因为很多教材和网文都在这个问题上"画蛇添足"。 关于补码的蛇足 补码出现后,后人又补充了不少"蛇足":符号位、求反加一、原码、反码.。 下面的表格给出了一些8 位数的补码。 -符号位 从这个表格中,可以看出特点:正数的最高位都是 0,负数的最高位都是 1。 这样一来,有人就把最高位理解成了符号位。说什么是规定的用0 代表正 号,.。并且郑重其事的补充说明:"符号位也参加运算"。真能忽悠!卖拐、卖 车的都甘拜下风。 其实,前面说过的补数和补码的定义式里面,根本就没有什么符号位。这 最高位的1、0 是自然出现的,并不是由人来规定的。 -求反加一 负数补码的后面七位,也可以看出一个不完全的规律:它们和绝对值之间 存在着"求反加一"的关系。 于是,又有人推出了这个不同于定义式的算法。 -原码和反码 由于使用"求反加一"来求取补码,顺便又引出了原码和反码两个垃圾概念。 其实,"求反加一"的计算方法只是适用于计算二进制形式的补数,它并不 是通用的。 并且把"求反加一"用于求-128 的补码,有个溢出的现象,很多人都在这里 被弄瘸了很长时间。 原码和反码也只不过是"人工"进行"求反加一"时的中间过程,在计算机里 面根本是不存在的,它们也就没有丝毫用处。 做而论道的建议 求取补码,就按照定义的规定,负数采用"模减去绝对值"的方法来求,这 是求补数的通用方法,适合于各种进制、各种大小的数字。 不要用求反加一的方法,也就不用理会原码和反码了,也不牵涉符号位的 问题。 以后的计算,也就没有必要特殊说明:"符号位一起参加运算.",因为根本 就没有什么符号位。
如果把原码和反码、符号位等等垃圾概念,从计算机的书中删减掉,学习 补码将会省力不少。
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