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计算机为什么要用补码存储整型,关于-32768的问题

 
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数值的补码表示也分两种情况:
(1)正数的补码:与原码相同。
例如,+9的补码是00001001。
(2)负数的补码:符号位为1,其余位为该数绝对值的原码按位取反;然后整个数加1。
例如,-7的补码:因为是负数,则符号位为“1”,整个为10000111;其余7位为-7的绝对值+7的原码0000111按位取反为1111000;再加1,所以-7的补码是11111001。


计算机为什么要用补码存储整型

这得从二进制的原码说起:
如果以最高位为符号位,二进制原码最大为0111111111111111=2的15次方减1=32767
最小为1111111111111111=-2的15次方减1=-32767
此时0有两种表示方法,即正0和负0:0000000000000000=1000000000000000=0
所以,二进制原码表示时,范围是-32767~-0和0~32767,因为有两个零的存在,所以不同的数值个数一共只有2的16次方减1个,比16位二进制能够提供的2的16次方个编码少1个。
但是计算机中采用二进制补码存储数据,即正数编码不变,从0000000000000000到0111111111111111依旧表示0到32767,而负数需要把除符号位以后的部分取反加1,即-32767的补码为1000000000000001。
到此,再来看原码的正0和负0:0000000000000000和1000000000000000,补码表示中,前者的补码还是0000000000000000,后者经过非符号位取反加1后,同样变成了0000000000000000,也就是正0和负0在补码系统中的编码是一样的。但是,我们知道,16位二进制数可以表示2的16次方个编码,而在补码中零的编码只有一个,也就是补码中会比原码多一个编码出来,这个编码就是1000000000000000,因为任何一个原码都不可能在转成补码时变成1000000000000000。所以,人为规定1000000000000000这个补码编码为-32768。
所以,补码系统中,范围是-23768~32767。
因此,实际上,二进制的最小数确实是1111111111111111,只是二进制补码的最小值才是1000000000000000,而补码的1111111111111111是二进制值的-1。



整型的宽度是一个字,也就是2个字节,16个二进制位,最高一位二进制位用来表示符号(正或负),那么剩下的15位来表示数值。

所以,有:

01111111 11111111是32767,最大的正整数
00000000 00000001是1
00000000 00000000是0
11111111 11111111是-1(不是-32767)
10000000 00000001是-32767(不是-1)

10000000 00000000是-32768(不是-0),最小的负整数


-32768在内存中的表示是10000000,00000000。过程是:先读入正值32768(10000000,00000000),再取反(01111111,11111111),再加1(10000000,00000000)


计算机表示数主要从运算方式的一致性来考虑。
比如00000000 00000001表示1很好理解,但是11111111 11111111为什么是-1呢?
按照二进制加法
11111111 11111111 + 00000000 00000001= 1 00000000 00000000
结果超出了整型的宽度,溢出部分被忽略,最后的计算机结果是00000000 00000000
那么换成十进制,?+1=0,所以11111111 11111111表示成十进制就是-1


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