一个十进制数1其负数为-1,有些数学专业的大佬可能想说这里符号代表方向。但是在计算机领域,这里负号应该理解为0-1=-1,强调计算。那么这个-1用计算机语言应该如何表示呢。
我们知道计算机中对任何数据的存储都是以二进制机器码存储的,所以就算是负数要通过“减”而获取,也应该是使用二进制相减
0 - 1 = -1
对应的二进制算式为:
0000 0000 - 0000 0001 = ...1111 1111
结果左边的省略号代表1应该是往左边无限延伸的,因为二进制减法的第0位0-1是不够的,要向高位借。
无论结果是多少 都是要被存储到寄存器中,寄存器的大小也就决定了计算结果能够延伸到哪一位:
使用8位寄存器如AL存储,结果应该是1111 1111
使用16位寄存器如AX存储,结果应该是1111 1111 1111 1111
这看起来工作得很好,但是很快你就会发现一些迷惑人的东西。光看这个1111 1111
,它不也是256吗?
这不就产生了歧义了,一个数据既表示256又表示-1,我们该相信哪一个?
别急,计算机科学家早就想好了对策:
我们可以发现如果结果是存到16位的寄存器中 0000 0000 - 1000 0000 = 1000 0000
,当然你还可以罗列更多的此类以0做减法的式子,最后会发现所有的算式到最后其结果最左边一位都是1。因此我们可以发现 负数是可以舍弃最左边一位作为他的标识,如果是1 则表示是负数,如果是0则表示是正数。这就引出了有符号数的概念,相对的无符号数也应运而生。
这么做虽然可以表示出正 负数,也导致他的数据宽度降了一半,从原本的256拦腰切断了。
也就是说如果一个数是无符号数,其数据宽度是从0000 0000~1111 1111
也就是十进制的0到255
如果是有符号数,才会存在正负的概念,而且正负要通过最高位来识别。
正数的范围从0 0000000 ~ 0 1111111
即十进制0 ~ 127
负数的范围从1 0000000 ~ 1 1111111
即十进制-128 ~ -1
(这里)
正的有符号数,和与它同值的无符号数相同,这没什么好说的,毕竟它们形式上相同,按相同的方式处理最为方便。
但是,负数就不同了,在这里, 10000000~11111111 这些负数,都是用 0 减去它们相对应的正数得到的。
如果想从他们的正数 然后取负号这种方式来得到对应的十进制范围(记住 负数的负数是正数)
0000 0000 - 1000 0000 = 1000 0000 ==> 128 DEC
0000 0000 - 1111 1111 = 0000 0001 ==> 1 DEC
得到他们对应的正数后取符号,即1 0000000 ~ 1 1111111的范围是-128 到 -1 和上面说的一样