首先感謝南老師!
??????在計(jì)算機(jī)里的有符號(hào)數(shù),最高位的1用來(lái)表示負(fù)號(hào),所以,用 0000 0001表示正1,1000 0001表示-1,確實(shí)對(duì)人來(lái)說(shuō)很直觀。但其實(shí),計(jì)算機(jī)里的數(shù)是用“補(bǔ)碼”表示的。其中正數(shù)的補(bǔ)碼就是原來(lái)的數(shù)(稱為原碼),而負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是這么算的,我用倒推的來(lái)說(shuō):
??????補(bǔ)碼 = 反碼 + 1
??????反碼 = 原碼按位取反(1變0,0變1)
??????所以,-1就是1取補(bǔ)碼,過(guò)程如下:
??????先取反 0000 0001 ---> 1111 1110?
??????然后加1得補(bǔ)碼: 1111 1110 + 1 = 1111 1111?
????(當(dāng)然這里為了方便,就取了8位,其實(shí)整數(shù)現(xiàn)在都是32位了,結(jié)果是32個(gè)1)。
?????現(xiàn)在,你知道如何計(jì)算-2了嗎? 為什么要搞反碼,補(bǔ)碼這么個(gè)轉(zhuǎn)換呢? 這個(gè)原因要說(shuō)長(zhǎng)就很長(zhǎng)的,但簡(jiǎn)單地講,這又是一個(gè)在人的直觀和機(jī)器的高效之間取一個(gè)平衡:
?????我們先來(lái)看一個(gè)10進(jìn)制的數(shù)運(yùn)算:
?????1 + (-1) = 0 //10進(jìn)制中,1加負(fù)1應(yīng)為0.
?????然后,假如用1000 0001來(lái)表示-1的話。按照計(jì)算機(jī)計(jì)算加法的規(guī)則,它是每位加的,結(jié)果是:
?????0000 0001 + 1000 0001 = 1000 0010??//-2
?????結(jié)果變成-2了,其中后面兩個(gè)0001 相加變成2,而前面的用于表示負(fù)號(hào)的1,被“繼承”下來(lái)了……顯然,原來(lái)計(jì)算機(jī)最直觀的(對(duì)人來(lái)說(shuō)也很直觀的)算法,不靈了!怎么辦?痛苦
??? 但更痛苦的事還在0這個(gè)數(shù)上。按10進(jìn)制,0和-0可是完全相等的。但如果用二進(jìn)制,0000 0000 和 1000 0000 參加起運(yùn)算,可是完全不同。或許可以通過(guò)電路設(shè)計(jì),來(lái)強(qiáng)制讓計(jì)算機(jī)去實(shí)現(xiàn)一個(gè)規(guī)則: 碰到1000 0000就先轉(zhuǎn)換為0000 0000。但可要知道加減法計(jì)算是計(jì)算機(jī)計(jì)算一切的基礎(chǔ),如果從這最底層就必須有一個(gè)轉(zhuǎn)換會(huì)極大影響性能!何況前面那個(gè)問(wèn)題也必須有個(gè)強(qiáng)制規(guī)則!規(guī)則最好越簡(jiǎn)單越好,那就是規(guī)定前面的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換規(guī)則,這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)很迅速的邏輯電路轉(zhuǎn)換。
??? 你看,第一個(gè)問(wèn)題 1 + (-1)
? ? 0000 0001 + 1111 1111 = 0000 0000?
????看明白這個(gè)計(jì)算過(guò)程嗎?其實(shí)就是最低位的兩個(gè)1相加后,造成每一位都進(jìn)位,最高位直接溢出(丟了)。如果你還算不清,就算算這個(gè)10進(jìn)制的:
????1 + 999 =??1000 (最高位1丟失,就成0了)
????然后是第二個(gè)問(wèn)題,0的表示。如果您把0當(dāng)成正數(shù),那么它是這樣表示的:
????0000 0000
????如果你當(dāng)它是負(fù)數(shù),那么
????取反 1111 1111 ,再加1,以求補(bǔ) ,哈哈又成 0000 0000這回在邏輯上沒(méi)有錯(cuò)誤了!明白了吧?當(dāng)補(bǔ)我在學(xué)習(xí)這一段知識(shí)時(shí),只能說(shuō):高,實(shí)在高! 想出補(bǔ)碼的前輩,真是高人啊。