原码、补码、反码、移码是什么?

计算机很多术语翻译成中文之后,不知道是译者出于什么目的,往往将其翻译成一个很难懂的名词。

奇怪的数学定义

下面是关于原码的“吐槽”,可以当作扩展。你可以不看,直接去下一章,没有任何影响。
原码的吐槽放在前面是防止读者看完原码,然后看半天才看到补码,影响阅读体验。

某些书描述“原码”的时候很“奇怪”,你可能在某些书上见到过下面这样很难理解的描述(下图截自原码 - 维基百科):
请添加图片描述

这玩意是数论里的等价类或者群论里的空间的表达方式,也就是计算机里常出现的“模运算”。或者还有个更高级的名字:散列(因为很多散列算法就是模运算,然后用的等价类的思想)。

等价类:3 mod 21 mod 2的结果都为1,所以都等于[1],也就是31都是关系mod 21等价类。

那上面的那一堆是什么意思呢?

以整数原码为例,X是一个数,范围不定。

[+1011]的意思是和+1011等价的所有数:
X m o d 2 n = 1011 X mod 2^n = 1011 Xmod2n=1011

比如 n > 4 n>4 n>4的时候 2 n > 0 b 1111 2^n>0b1111 2n>0b1111
1011 m o d 2 n = 1011 ( 2 n + 1011 ) m o d 2 n = 1011 1011 mod 2^n = 1011\\ (2^n + 1011) mod 2^n = 1011 1011mod2n=1011(2n+1011)mod2n=1011

[-1011]的意思是和(2^{n-1} - 1011)等价的所有类:

( 2 n − 1 − X ) m o d 2 n = 1011 (2^{n-1} - X) mod 2^n = 1011 (2n1X)mod2n=1011

比如是 8 位的数字:
( 2 8 − 1 − ( − 1011 ) ) m o d 2 n = ( 10000000 + 1011 ) ) m o d 11111111 = 10001011 (2^{8-1} - (-1011)) mod 2^n =\\ (10000000 + 1011)) mod 11111111 = 10001011 (281(1011))mod2n=(10000000+1011))mod11111111=10001011

这是教材,不是论文,而且一般论文也不用这么说吧?

这种表达方式唯一的好处就是让你理解溢出之后该怎么处理,因为取模运算的值就是溢出后得到的值。

说实话这种表达方式就不应该出现在任何现代教材中,哪怕是很多数学分析的书都不会这样描述数的。我不知道这种用法最早出现在哪里,但是欧美一些常见的计算机组成与设计教材中没有出现过这种用法,也就是说并不是盲目学来的。

不论是“true code”还是“true form”都在英文搜索中难以找到。WiKi “有符号数处理”中,“原码”对应的是“符号及值(sign & magnitude)”,英文版直接就是“Sign–magnitude”。这玩意的在一些教材中的翻译是“符号和幅值表达法”,看看这个名字多清晰和直白。

这个方法读者理解就好,没必要学,后文也完全不使用这个方法,怎么容易理解怎么来。但计算机科学确实有很多算法使用了等价类的概念,所以如果你要走算法方向,还是要看看的。

原码

原码就是我们常用的数,在计算机中就是用二进制表示的十进制数,不论正负、不论整数还是小数。

n位原码就是用最高位(小端就是最右位)当作符号位(0为正数,1为负数),关于0对称范围内的数( − 2 n ~ 2 n -2^n~2^n 2n2n),比如-4~4-16~16,范围的两个端点关于0对称,正负数的个数相同。

补码(2’s complement)

n位补码就是用最高位(小端就是最右位)当作符号位(0为正数,1为负数)关于0不对称范围内的数( − 2 n − 1 ~ ( 2 n − 1 − 1 ) -2^{n-1}~(2^{n-1}-1) 2n1(2n11)),比如-16~15,范围的两个端点关于0不对称。

这里概念很容易和和其他码搞混,比如原码。

但其实只用记住一个关键点:补码的-11111,而原码是1001

换言之,从零值的“生长”来说:

  • 原码相当于少一位(最大的那位)的无符号数。抛开符号位-xx的表达是一样的,所以上下限的绝对值是一样的。
  • 补码从0开始增减,0b0000-1,借位算出是0b1111。但是+1增的时候,要注意不能让最大位为1,所以上限比下限绝对值少1

补码是现在主流的格式,所以各种考试也主要考补码。所以只讲一下补码的计算。

补码计算的时候,加减法要带着符号位进行,乘除法就是左移补0,右移补符号位

比如:

  • 1011*2,得到的是0110
  • 1011/2,得到的是1101
  • 0011+0011,也就是3+3=6=0110
 0011
+0011
-------0110
  • 0011-0111,也就是3-7=-4=1100
 0011
-0111
-------1100

用加减法可以很容易得到-x对应的二进制,反之亦然。

举个例子,我要计算出1111 0100的的十进制,那么可以先计算出和0(0000 0000)的差(前 4 位相同,甚至可以不用写):

 0000 0000
-1111 0100
-----------0000 1100

得到12,加上符号-(原二进制符号位为1,也就是负的),那么最后得到-12

反之,我们想计算出-8的二进制,也就是和08(0000 1000),那么就可以:

 0000 0000
-0000 1000
-----------1111 1000

是不是很简单。

反码(1’s complement)

反码中,一个数的相反数就是按位取反,1001,这也是名字的由来。

比如1(00000001)按位取反,得到-1(11111110)。

所以反码和原码一样,是关于0对称的,所以正负数的个数相同。但是不同之处在于:反码有两个0,正0(0000)和负0(1111)。

在无符号数的反码中,x按位取反为 2 n − 1 − x 2^n-1-x 2n1x

因为无符号反码增长就是从0一直加,所以最大值是 2 n − 1 2^n-1 2n1。而按位取反就相当于从尾部往前倒。

你可以观察一下下面这个表格,再看看我的说法,你就会理解了。
请添加图片描述

反码(1’s complement)早期设备用的多,现在用补码(2’s complement)是主流,因为反码计算的时候更麻烦一些,只是在计算一些科学计算的时候更有优势罢了。

看开头的数字也可以看出顺序来(啊对,这两个英文中的数字就是版本,这你能想到哈哈哈哈)。

移码(Offset binary)

移码又称“偏移表示法”,这个方法现在是上面浮点数用的多,比如 IEEE 754。

移码从0000开始递增,依旧使用最高位位符号为,只不过这里1表示正数
0表示负数。与前面的几种方法相反。

有符号移码最小的负数是0000,最大的整数是111101000

这里可能好奇名字中“偏移”的意思,其实就是“给数加上一个偏移数后,使其具有非负的表达形式”。

比如上面的0,加上一个偏移1000,得到的就是1000,也就是0,非负。

关于这部分,浮点数中再细说吧。

希望能帮到有需要的人~

参考资料

《Computer Organization and Design MIPS Edition: The Hardware/Software Interface Fifth Edition》:如果你要学习计算机结构的话,这本书要比国内的很多教材好,但是翻译的确实不太行。

原码 - 维基百科

Signed number representations - 维基百科

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/873942.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

配置单区域OSPF

目录 引言 一、搭建基础网络 1.1 配置网络拓扑图如下 1.2 IP地址表 二、测试每个网段都能单独连通 2.1 PC0 ping通Router1所有接口 2.2 PC1 ping通Router1所有接口 2.3 PC2 ping通Router2所有接口 2.4 PC3 ping通Router2所有接口 2.5 PC4 ping通Router3所有接口 2.…

Git仓库拆分和Merge

1. 问题背景 我们原先有一个项目叫open-api,后来想要做租户独立发展,每个租户独立成一个项目,比如租户akc独立部署一个akc-open-api,租户yhd独立部署一个yhd-open-api,其中大部分代码是相同的,少量租户定制…

2024牛客暑期多校训练营1——A,B

题解&#xff1a; 更新&#xff1a; k1的时候要乘n 代码&#xff1a; #include<bits/stdc.h> #define int long long using namespace std; const int N5e35; typedef long long ll; typedef pair<int,int> PII; int T; int n,m,mod; int fac[N][N]; int dp[N][…

设计模式使用场景实现示例及优缺点(结构型模式——外观模式)

在一个繁忙而复杂的城市中&#xff0c;有一座名为“技术森林”的巨大图书馆。这座图书馆里藏着各种各样的知识宝典&#xff0c;从古老的卷轴到现的电子书籍&#xff0c;无所不包。但是&#xff0c;图书馆之所以得名“技术森林”&#xff0c;是因为它的结构异常复杂&#xff0c;…

服务器注意事项

1. 远程服务器不允许关机&#xff0c;只能重启&#xff1b; 2. 重启服务器应关闭服务&#xff1b; 3. 不要在服务器访问高峰运行高负载命令&#xff1b; 4. 远程配置防火墙是不要把自己踢出服务器&#xff1b; 5. 制定合理的密码规范并定期更新&#xff1b; 6. 合理分配权…

笔记:Few-Shot Learning小样本分类问题 + 孪生网络 + 预训练与微调

内容摘自王老师的B站视频&#xff0c;大家还是尽量去看视频&#xff0c;老师讲的特别好&#xff0c;不到一小时的时间就缕清了小样本学习的基础知识点~Few-Shot Learning (1/3): 基本概念_哔哩哔哩_bilibili Few-Shot Learning&#xff08;小样本分类&#xff09; 假设现在每类…

【Linux】基础I/O——动静态库的制作

我想把我写的头文件和源文件给别人用 1.把源代码直接给他2.把我们的源代码想办法打包为库 1.制作静态库 1.1.制作静态库的过程 我们先看看怎么制作静态库的&#xff01; makefile 所谓制作静态库 需要将所有的.c源文件都编译为(.o)目标文件。使用ar指令将所有目标文件打包…

【前端】JavaScript入门及实战41-45

文章目录 41 嵌套的for循环42 for循环嵌套练习(1)43 for循环嵌套练习(2)44 break和continue45 质数练习补充 41 嵌套的for循环 <!DOCTYPE html> <html> <head> <title></title> <meta charset "utf-8"> <script type"…

谷粒商城实战笔记-38-前端基础-Vue-指令-单向绑定双向绑定

文章目录 一&#xff0c;插值表达式注意事项1&#xff1a;不适合复杂的逻辑处理注意事项2&#xff1a;插值表达式支持文本拼接注意事项3&#xff1a;插值表达式只能在标签体中 二&#xff0c;v-html和v-textv-textv-html区别总结&#xff1a;最佳实践 三&#xff0c;v-model复选…

WordPress杂技

WordPress杂技 WordPress页面构建器: Avada、Elementor、astra、 Elementor作为一款强大的页面构建工具。 Avada&#xff1a;是一款非常受欢迎的WordPress主题&#xff0c;它的设计理念是简洁、现代、响应式&#xff0c;Avada拥有丰富的模板和布局&#xff0c;可以轻松创建出…

多线程顺序执行

前言 现在面试中&#xff0c;不光会问力扣之类的算法&#xff0c;手撕多线程问题也被提上了日程。多线程之间的顺序执行是一个高频的面试手撕题&#xff0c;而且在实际应用中也会有用武之地。因此在这里&#xff0c;我们考虑使用不同的方式来实现多线程的顺序执行。在本文中&a…

Jackson 库简介--以及数据脱敏

Jackson 是一个流行的 Java JSON 处理库&#xff0c;它提供了将 Java 对象与 JSON 数据相互转换的功能。Jackson 的主要功能包括&#xff1a; 序列化&#xff1a;将 Java 对象转换为 JSON 字符串。反序列化&#xff1a;将 JSON 字符串转换为 Java 对象。 Jackson 提供了以下几…

C2W2.Assignment.Parts-of-Speech Tagging (POS).Part2

理论课&#xff1a;C2W2.Part-of-Speech (POS) Tagging and Hidden Markov Models 文章目录 2 Hidden Markov Models2.1 Generating MatricesCreating the A transition probabilities matrixExercise 03Create the B emission probabilities matrixExercise 04 理论课&#x…

FastAPI 学习之路(五十六)将token缓存到redis

在之前的文章中&#xff0c;FastAPI 学习之路&#xff08;二十九&#xff09;使用&#xff08;哈希&#xff09;密码和 JWT Bearer 令牌的 OAuth2&#xff0c;FastAPI 学习之路&#xff08;二十八&#xff09;使用密码和 Bearer 的简单 OAuth2&#xff0c;FastAPI 学习之路&…

Kubernetes 之 Ingress

Kubernetes 之 Ingress 定义 Ingress 可以把外部需要进入到集群内部的请求转发到集群中的一些服务上&#xff0c;从而实现把服务映射到集群外部的需要。Ingress 能把集群内 Service 配置成外网能够访问的 URL&#xff0c;流量负载均衡&#xff0c;提供基于域名访问的虚拟主机…

RabbitMQ 和 RocketMQ 的区别

RabbitMQ 和 RocketMQ 都是流行的开源消息中间件&#xff0c;它们用于在分布式系统中异步传输消息。尽管它们都实现了核心的消息队列功能&#xff0c;但它们在设计、性能、特性和使用场景上有一些关键的区别&#xff1a; 基础架构: RabbitMQ: 基于AMQP&#xff08;高级消息队列…

阵列信号处理学习笔记(二)--空域滤波基本原理

阵列信号 阵列信号处理学习笔记&#xff08;一&#xff09;–阵列信号处理定义 阵列信号处理学习笔记&#xff08;二&#xff09;–空域滤波基本原理 文章目录 阵列信号前言一、阵列信号模型1.1 信号的基本模型1.2 阵列的几何构型1.3 均匀直线阵的阵列信号基本模型 总结 前言…

HOW - React 处理不紧急的更新和渲染

目录 useDeferredValueuseTransitionuseIdleCallback 在 React 中&#xff0c;有一些钩子函数可以帮助你处理不紧急的更新或渲染&#xff0c;从而优化性能和用户体验。 以下是一些常用的相关钩子及其应用场景&#xff1a; useDeferredValue 用途&#xff1a;用于处理高优先级…

嵌入式面试总结

C语言中struct和union的区别 struct和union都是常见的复合结构。 结构体和联合体虽然都是由多个不同的数据类型成员组成的&#xff0c;但不同之处在于联合体中所有成员共用一块地址空间&#xff0c;即联合体只存放了一个被选中的成员&#xff0c;结构体中所有成员占用空间是累…

【网络】windows和linux互通收发

windows和linux互通收发 一、windows的udp客户端代码1、代码剖析2、总体代码 二、linux服务器代码三、成果展示 一、windows的udp客户端代码 1、代码剖析 首先我们需要包含头文件以及lib的一个库&#xff1a; #include <iostream> #include <WinSock2.h> #inclu…