java的int类型
Java的原始类型里没有无符号类型,c语言int类型表示有符号整型,unsigned int无符号整型
int占4个字节,每个字节8位,占32位,取值范围 -231~231-1,有32个0-1的二进制位。
左起第一位是符号位, 0表示正数,1表示负数 其余后面31位是数值位。
0 0000000000000000000000000000010
数字0的表示: 按照上面提到的符号,有两种0的表示方法,即“+0”和“-0”。 实际上,在32位系统下int类型中,计算机已经强行规定数字0采用“+0”的表示方法,即00000000 00000000 00000000;而“-0”这个特殊的数字被定义为了-2^31。 因此我们看到32位系统下int类型的取值范围中,负数部分比正数部分多了一个数字,正数的最大取值是231-1,而负数的最小取值是-231。正数部分之所以要减去1,是因为被数字0占用了,而负数部分不需要用来表示0,因此原本的“-0”就用来表示-2^31这个数字。
那么-1按照上面描述就是: 10000000 00000000 00000001 了?左起第一位是符号位1表示负数?右起第一位是数值1? 实际不是这样的。这里就需要引入“补码”了。
计算机中的符号数有三种表示方法,即原码、反码和补码。三种表示方法均有符号位和数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位,三种表示方法各不相同。
原码
最高位1表示负,0表示正,剩余位表示数值。
原码的1: 00000000000000000000000000000001
原码的-1:10000000000000000000000000000001
原码不能直接参加运算,可能会出错。例如数学上,1+(-1)=0 ,原码计算则是
00000000000000000000000000000001+10000000000000000000000000000001=-2 是错的。
原码的符号位不能直接参与运算。
反码
正数的反码与其原码相同;负数的反码是对其原码逐位取反,但符号位除外。
对于正数和“+0”而言,其原码本身就是反码,例如 8位二进制“+1”,其原码与反码都是00000001;
对于负数和“-0”而言,符号位与原码中一样,保持不变,其余位数逐位取反,1换成0,0换成1,例如 “-1”,其8位二进制原码是1000 0001,其反码是1111 1110;
那么我们是否已经可以正常进行运算了呢?
我们举个三个例子:
例一:1+2=3(以8位二进制表示)
十进制 | 原码 | 反码 |
---|---|---|
1 | 0000 0001 | 0000 0001 |
2 | 0000 0010 | 0000 0010 |
结果(反码) | 0000 0011 | |
结果(原码) | 0000 0011 | |
结果(十进制) | 3 |
计算结果正确。
例二:1+(-2)=-1
十进制 | 原码 | 反码 |
---|---|---|
1 | 0000 0001 | 0000 0001 |
-2 | 1000 0010 | 1111 1101 |
结果(反码) | 1111 1110 | |
结果(原码) | 1000 0001 | |
结果(十进制) | -1 |
计算结果正确。
例三:1+(-1)=0
十进制 | 原码 | 反码 |
---|---|---|
1 | 0000 0001 | 0000 0001 |
-1 | 1000 0001 | 1111 1110 |
结果(反码) | 1111 1111 | |
结果(原码) | 1000 0000 | |
结果(十进制) | -0 |
计算结果为-0,问题来了,由于-0的存在,使得二进制与十进制的互换不再是一一对应的关系。
总结:由于-0这个问题的存在,会使得计算机需要增加额外的物理硬件配合运算,所以在计算机发展的早期就已经抛弃了使用反码储存数据。
补码
补码正是基于反码的“-0”问题诞生的,可以解决这个问题。
补码的计算方法是:正数和+0的补码是其本身,负数则先计算其反码,然后反码加上1,得到补码。
补码换算为原码的过程中,如果补码是正数或者+0的补码,则其原码就是补码本身;如果补码是负数或者-0的补码,则其原码的计算方法是,先将补码减掉1,得到反码,再将反码取反,得到原码。
例一:1+(-1)=0
十进制 | 原码 | 反码 | 补码 |
---|---|---|---|
1 | 0000 0001 | 0000 0001 | 0000 0001 |
-1 | 1000 0001 | 1111 1110 | 1111 1111 |
结果(补码) | 0000 0000 | ||
结果(反码) | 0000 0000 | ||
结果(原码) | 0000 0000 | ||
结果(十进制) | +0 |
计算结果正确,+0即是数字0的唯一表示。
例二:1+2=3
十进制 | 原码 | 反码 | 补码 |
---|---|---|---|
1 | 0000 0001 | 0000 0001 | 0000 0001 |
2 | 0000 0010 | 0000 0010 | 0000 0010 |
结果(补码) | 0000 0011 | ||
结果(反码) | 0000 0011 | ||
结果(原码) | 0000 0011 | ||
结果(十进制) | 3 |
计算结果正确。
特别地,我们加入例四:(-1)+(-127)=-128
我们知道8位二进制的符号数的取值范围是(-27)~(27-1),即-128~127。
十进制 | 原码 | 反码 | 补码 |
---|---|---|---|
-1 | 1000 0001 | 1111 1110 | 1111 1111 |
-127 | 1111 1111 | 1000 0000 | 1000 0001 |
结果(补码) | 1000 0000 | ||
结果(反码) | |||
结果(原码) | |||
结果(十进制) | -128 |
由于补码1000 0000具有特殊性,计算机在编写底层算法时,将其规定为该取值范围中的最小数-128,其值与(-1)+(-127)的计算结果正好符合。
补充一点,8位二进制补码1000 0000没有对应的反码和原码,其他位数的二进制补码与此类似。
int类型在内存中,以补码的形式存储。而且我们还知道了为何int类型的取值范围中负数的最小值的绝对值比正数的最大值大1的原因,即-2^32的补码是10000000 00000000 00000000,原本-0的位置被-2^32取代了
二进制数在内存中以补码的形式存储
正数:原码、补码和反码都相同
负数:补码符号位不变,其它位是对应正数的原码取反加一
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