1、原码表示法
0--正数 1--负数 对于n+1位的二进制数(包括符号位)
对于定点整数
当X>0时,原码表示为X,这个很好理解
当X<0时,X的原码是在|X|(即-X)的二进制码的符号位(即首位)将0改为1,所以数值上是相当于在|X|的大小上加上一个2^n,图示中X为负数,所以减去一个负数等于加上该数的绝对值,2^n-X正是我们推导的。
需要注意的地方:举个例子,我们假设现在X= -1,其原码是1,001(一共四位包括符号位),根据上图公式,所以X的原码大小应该为2^n-X即2^3 -(-1)= 9 即 1,001。
好,问题就出现在这里,你算出来的数值大小是9,然而这个9所代表的二进制码却是-1,so,你理清楚逻辑了吗?
实际上我们公式推导出的是指这个数的二进制大小,其最高位我们不认为是符号位,而在原码的真正表达过程中,则将最高位的视为符号位,这就是冲突所在,当你用数学公式表示这个码值大小时,是直接将其看为一串二进制数的大小,符号默认为正,而这个无符号的数值大小则刚好对应有符号的负数原码。
对于定点小数
当X>0时,原码表示为X
当X<0时,同理X的原码是在|X|(即-X)的二进制码的符号位(即首位)将0改为1,所以数值上是相当于在|X|的大小上加上一个1,图示中X为负数,所以减去一个负数等于加上该数的绝对值,1-X正是我们推导的。
稍微解释下:对于n+1位的定点整数,去除符号位后有n位,能表示2^n个数,因为0要占一种情况,所以只能表示从0到2^n-1共2^n个数,所以最大为2^n-1,同理对于负数,注意原码有正零与负零。
对于n+1位定点小数,去除符号位后有n位,最大的数为0.11111……1(n个1),因为0.11111……1(n个1) + 0.00000(n-1个0)1 = 1 所以最大数为1 - 0.0000(n-1个0)1即1-2^(-n),同理对于负数
2、反码表示法
对于n+1位的二进制数(包括符号位)
简单来说,正数的反码与正数的原码相等,负数的反码与负数绝对值的原码取反相等。
我们来考虑下取反怎么用数学方式描述,假定有个数为-7,二进制位10000111(8位,最高位为符号位),取反后应该为01111000,其实可以把它看做为被11111111减后得到。即
11111111
- 01111000
---------------------------------------------
10000111
11111111实际上数值大小为2^8-1=255 即对于n位的整数X,对其取反,相当于2^n-1 - X
下面考虑下小数取反如何用算式描述,假定有个小数为0.0000001,取反后应该为1.11111110,可以看做其取反后是被1.11111111减去后得到的。即
1.1111111
- 0.0000001
---------------------------------------------
1.1111111
1.1111111= 1 + 0.1111111 数值大小为1 + (1-2^(-7)) = 2-2^(-7) 即对于n位的小数X,对其取反,相当于2-2^(-(n-1)) - X
对于定点整数
当X>0时,X的反码等于X的原码,表示为X。
当X<0时,X的反码是等于对|X|(即-X)取反,对于n+1位的二进制数负数X,取反后数值大小为2^(n+1)-1- |X|,去除绝对值,得到反码的数值大小为 2^(n+1)-1 + X
对于定点小数
当X>0时,X的反码等于X的原码,表示为X。
当X<0时,X的反码是等于对|X|(即-X)取反,对于n+1位的小数X,对其取反,相当于2-2^(-n) -|X|,去除绝对值,得到反码的数值大小2-2^(-n) +X
3、补码表示法
对于n+1位的二进制数(包括符号位)
简单来说,正数的补码与正数的原码相等,负数的补码等于负数补码在末位加1,即负数绝对值的原码取反后末位加1。
对于定点整数
当X>0时,X的补码等于X,与原码相同
当X<0时,X的补码等于|X|取反后末位加一,|X|的取反,套用上面已推的公式为2^(n+1)-1 +X。末位加一,即数值再加上一,最后补码为2^(n+1) +X
对于定点小数
当X>0时,X的补码等于X
当X<0时,X的补码等于|X|取反后末位加一,|X|的取反,套用上面已推的公式为2-2^(-n) +X,末位加一,即数值上加上了0.0000000...(n-2个0) 1,为2^(-n),所以最后补码为2+X