一个数在计算机中的表示形式是二进制,这个数其实就叫机器数。机器数是带符号的,在计算机用一个数的最高位存放符号,正数为0,负数为1。比如,十进制中的数+7,计算机字长为8位,转换成二进制就是。如果是-7,就是。一个存储的二进制码分原码、反码、补码,下面我们就来介绍一下什么是原码、反码、补码。计算机都是用补码存储,在计算的时候,如果是减法,可以把减法看成加法。
一、原码(0表示正数,1表示负数)
x=,则[X]原=0,
x=-,则[X]原=1,
无符号位0~2n-~~,
有符号位-2(n-1)-1~2(n-1)-~-~+,
二、反码(正数的反码就是自身,负数的反码除符号位外,其他各位求反)
x=,则[X]反=0,
x=-,则[X]反=,
反码肯定属于有符号位,相当于上面有符号位求反,
~-~+-2(n-1)-1~2(n-1)-1,
三、补码(正数的补码还是自身,负数的补码,符号位不变,其余取反,然后最低为加1)
x=,则[X]补=0,
x=-,则[X]补=,
~-~+-2(n-1)~2(n-1)-1,
四、为何要使用原码,反码和补码
我们先来看1和-1对应的原码,反码和补码,对于正数因为三种编码方式的结果都相同:
[+1]=[]原=[]反=[]补,
[-1]=[]原=[]反=[]补,
可见原码,反码和补码是完全不同的,为何还会有反码和补码呢?
首先,因为人脑可以知道第一位是符号位,在计算的时候我们会根据符号位进行加减。但是对于计算机,加减乘数已经是最基础的运算,,设计得尽量简单。计算机辨别"符号位"显然会让计算机的基础电路设计变得十分复杂!于是人们想出了将符号位也参与运算的方法.。我们知道,根据运算法则减去一个正数等于加上一个负数,即:1-1=1+(-1)=0,所以机器可以只有加法而没有减法,这样计算机运算的设计就更简单了。
我们来看原码的相加减,如下:
计算十进制的表达式:1-1=0
二进制的表达式:1-1=1+(-1)=[]原+[]原=[]原=-2
如果用原码表示,让符号位也参与计算,显然对于减法来说,结果是不正确的。这也就是为何计算机内部不使用原码表示一个数。为了解决原码做减法的问题,出现了反码,如下所示:
计算十进制的表达式:1-1=0,
二进制的表达式:1-1=1+(-1)=[]原+[]原=[]反+[]反=[]反=[]原=-0
发现如果用反码计算减法,结果是正确的。而唯一的问题其实就出现在"0"这个特殊的数值上。虽然人们理解上+0和-0是一样的,但是0带符号是没有任何意义的。而且会有[]原和[]原两个编码表示0。于是补码的出现,解决了0的符号以及两个编码的问题。
1-1=1+(-1)=[]原+[]原=[]补+[]补=[]补=[]原
这样0用[]表示,而以前出现问题的-0则不存在了。而且可以用[]表示-,(-1)+(-)=[]原+[]原=[]补+[]补=[]补
-1-的结果应该是-,在用补码运算的结果中,[]补就是-.但是注意因为实际上是使用以前的-0的补码来表示-,所以-并没有原码和反码表示。
使用补码,不仅仅修复了0的符号以及存在两个编码的问题,而且还能够多表示一个最低数.这就是为什么8位二进制,使用原码或反码表示的范围为[-,+],而使用补码表示的范围为[-,]。
综上所述,因为机器使用补码,所以对于编程中常用到的32位int类型,可以表示的范围是:[-,-1]因为第一位表示的是符号位.而使用补码表示时又可以多保存一个最小值。
四、科学计数法
科学记数法是一种记数的方法。把一个数表示成a与10的n次幂相乘的形式(1≤
a
10,a不为分数形式,n为整数),这种记数法叫作科学记数法。[2]例如:1=1.×10^13。计算器或电脑表达10的幂是一般是用E或e,也就是1.E13=1。