c
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4
docs/notes/01_c-basic/02_xdx/assets/42.svg
Normal file
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> [!NOTE]
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> [!NOTE]
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> * ① C 语言有多少种数据类型,每种数据类型长度是多少、该如何使用,这是每一位 C 程序员都必须要掌握的。当然,不必担心,后续还会一一讲解的。
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> C 语言有多少种数据类型,每种数据类型长度是多少、该如何使用,这是每一位 C 程序员都必须要掌握的。当然,不必担心,后续还会一一讲解的。
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> [!IMPORTANT]
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> * ② 需要说明的是,数据类型只在定义变量时指明,而且必须指明;使用变量时无需再指明,因为此时的数据类型已经确定了。
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> 数据类型只需要在定义变量时指明,而且必须指明;使用变量时无需再指明,因为此时的数据类型已经确定了。
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## 1.5 从计算机底层看变量
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## 1.5 从计算机底层看变量
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@ -1153,11 +1155,11 @@ int main() {
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### 3.5.1 概述
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### 3.5.1 概述
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* 机器数:一个数在计算机的存储形式是二进制,我们称这些二进制数为机器数。机器数可以是有符号的,用机器数的最高位来存放符号位,0 表示正数,1 表示负数。
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* 机器数:一个数在计算机的存储形式是二进制,我们称这些二进制数为机器数。机器数可以是有符号的,用机器数的最高位来存放符号位,`0` 表示正数,`1` 表示负数。
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> [!IMPORTANT]
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> [!IMPORTANT]
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> 这里讨论的适用于`符号位`的整数,如:int 等;而不适用于`无符号位`的整数,即:unsinged int 等。
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> 这里讨论的适用于`有符号位`的整数,如:int 等;而不适用于`无符号位`的整数,即:unsinged int 等。
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![](./assets/33.svg)
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@ -1165,7 +1167,7 @@ int main() {
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> [!IMPORTANT]
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> 这里讨论的适用于`符号位`的整数,如:int 等;而不适用于`无符号位`的整数,即:unsinged int 等。
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> 这里讨论的适用于`有符号位`的整数,如:int 等;而不适用于`无符号位`的整数,即:unsinged int 等。
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![](./assets/34.svg)
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@ -1175,23 +1177,23 @@ int main() {
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* 规则:
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* 规则:
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* 正数的`原码`是它本身对应的二进制数,符号位是 0 。
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* 正数的`原码`是它本身对应的二进制数,符号位是 0 。
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* 负数的`原码`是它本身绝对值对应的二进制数,但是符号位是 1 。
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* 负数的`原码`是它本身绝对值对应的二进制数,但是符号位是 1 。
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* +1 的原码,使用 8 位二进数来表示,就是:
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* +1 的原码,使用 `16` 位二进数来表示,就是:
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| 十进制数 | 原码(8位二进制数) |
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| 十进制数 | 原码(16位二进制数) |
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| -------- | ------------------- |
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| -------- | --------------------- |
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| +1 | `0`000 0001 |
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| +1 | `0`000 0000 0000 0001 |
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* -1 的原码,使用 8 位二进数来表示,就是:
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* -1 的原码,使用 `16` 位二进数来表示,就是:
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| 十进制数 | 原码(8位二进制数) |
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| 十进制数 | 原码(16位二进制数) |
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| -------- | ------------------- |
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| -------- | --------------------- |
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| -1 | `1`000 0001 |
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| -1 | `1`000 0000 0000 0001 |
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> [!IMPORTANT]
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> [!IMPORTANT]
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> 总结:
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> 总结:
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> * ① 按照原码的规则,会出现 `+0` 和 `-0` 的情况,即:`0`000 0000(+0)、`1`000 0000(-0),显然不符合实际情况。
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> * ① 按照原码的规则,会出现 `+0` 和 `-0` 的情况,即:`0`000 0000 0000 0001(+0)、`1`000 0000 0000 0001(-0),显然不符合实际情况。
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> * ② 所以,计算机底层虽然存储和计算的都是二进数,但显然不是原码。
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> * ② 所以,计算机底层虽然存储和计算的都是二进数,但显然不是原码。
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### 3.5.3 反码
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### 3.5.3 反码
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@ -1201,23 +1203,23 @@ int main() {
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* 正数的反码和它的原码相同。
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* 正数的反码和它的原码相同。
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* 负数的反码是在其原码的基础上,符号位不变,其余各位取反。
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* 负数的反码是在其原码的基础上,符号位不变,其余各位取反。
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* +1 的反码,使用 8 位二进数来表示,就是:
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* +1 的反码,使用 `16` 位二进数来表示,就是:
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| 十进制数 | 原码(8位二进制数) | 反码(8位二进制数) |
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| 十进制数 | 原码(16位二进制数) | 反码(16位二进制数) |
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| -------- | ------------------- | ------------------- |
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| -------- | --------------------- | --------------------- |
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| +1 | `0`000 0001 | `0`000 0001 |
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| +1 | `0`000 0000 0000 0001 | `0`000 0000 0000 0001 |
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* -1 的反码,使用 8 位二进数来表示,就是:
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* -1 的反码,使用 `16` 位二进数来表示,就是:
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| 十进制数 | 原码(8位二进制数) | 反码(8位二进制数) |
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| 十进制数 | 原码(16位二进制数) | 反码(16位二进制数) |
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| -------- | ------------------- | ------------------- |
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| -------- | --------------------- | --------------------- |
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| -1 | `1`000 0001 | `1`111 1110 |
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| -1 | `1`000 0000 0000 0001 | `1`111 1111 1111 1110 |
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> [!IMPORTANT]
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> [!IMPORTANT]
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> 总结:
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> 总结:
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> * ① 按照反码的规则,如果是 `+0`,对应的原码是 `0`000 0000;那么,其反码还是 `0`000 0000 ;如果是 `-0`,对应的原码是 `1`000 0000,其反码是 `1`111 1111,显然不符合实际情况。
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> * ① 按照反码的规则,如果是 `+0`,对应的原码是 `0`000 0000 0000 0000;那么,其反码还是 `0`000 0000 ;如果是 `-0`,对应的原码是 `1`000 0000 0000 0000,其反码是 `1`111 1111 1111 1111,显然不符合实际情况。
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> * ② 所以,计算机底层虽然存储和计算的都是二进数,但显然不是反码。
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> * ② 所以,计算机底层虽然存储和计算的都是二进数,但显然不是反码。
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### 3.5.4 补码
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### 3.5.4 补码
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@ -1226,17 +1228,17 @@ int main() {
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* 正数的补码和它的原码相同。
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* 正数的补码和它的原码相同。
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* 负数的补码是在其反码的基础上 + 1 。
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* 负数的补码是在其反码的基础上 + 1 。
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* +1 的补码,使用 8 位二进数来表示,就是:
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* +1 的补码,使用 `16` 位二进数来表示,就是:
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| 十进制数 | 原码(8位二进制数) | 反码(8位二进制数) | 补码(8位二进制数) |
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| 十进制数 | 原码(16位二进制数) | 反码(16位二进制数) | 补码(16位二进制数) |
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| -------- | ------------------- | ------------------- | ------------------- |
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| -------- | --------------------- | -------------------- | -------------------- |
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| +1 | `0`000 0001 | `0`000 0001 | `0`000 0001 |
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| +1 | `0`000 0000 0000 0001 | 0000 0000 0000 0001 | 0000 0000 0000 0001 |
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* -1 的补码,使用 8 位二进数来表示,就是:
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* -1 的补码,使用 `16` 位二进数来表示,就是:
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| 十进制数 | 原码(8位二进制数) | 反码(8位二进制数) | 补码(8位二进制数) |
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| 十进制数 | 原码(16位二进制数) | 反码(16位二进制数) | 补码(16位二进制数) |
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| -------- | ------------------- | ------------------- | ------------------- |
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| -1 | `1`000 0001 | `1`111 1110 | `1`111 1111 |
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| -1 | `1`000 0000 0000 0001 | `1`111 1111 1111 1110 | `1`111 1111 1111 1111 |
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* 如果 `0` ,按照 `+0` 的情况进行处理,如下所示:
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* 如果 `0` ,按照 `+0` 的情况进行处理,如下所示:
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@ -1246,19 +1248,25 @@ int main() {
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![](./assets/36.svg)
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* `+1` 和 `-1` 的`原码`和`补码`的转换过程,如下所示:
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> [!IMPORTANT]
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> [!IMPORTANT]
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> 总结:
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> 总结:
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> * ① 补码表示法解决了`原码`和`反码`存在的`两种`零(`+0` 和 `-0`)的问题,即:在补码表示法中,只有`一个`零,即 `0000 0000`。
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> * ① 补码表示法解决了`原码`和`反码`存在的`两种`零(`+0` 和 `-0`)的问题,即:在补码表示法中,只有`一个`零,即 `0000 0000`。
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> * ②补码使得`加法运算`和`减法运算`可以统一处理,通过将减法运算`转换`为加法运算,可以简化硬件设计,提高了运算效率。
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> * ②补码使得`加法运算`和`减法运算`可以统一处理,通过将减法运算`转换`为加法运算,可以简化硬件设计,提高了运算效率。
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> * ③ 计算机底层`存储`和`计算`的都是`二进数的补码`。换言之,当读取整数的时候,需要采用逆向的转换,即:将补码转换为原码。正数的原码、反码、补码都是一样的,三码合一。负数的补码转换为原码的方法就是先减去 `1` ,得到反码,再按位取反,得到原码。
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> * ③ 计算机底层`存储`和`计算`的都是`二进数的补码`。换言之,当`读取`整数的时候,需要采用`逆向`的转换,即:将补码转换为原码。正数的原码、反码、补码都是一样的,三码合一。负数的补码转换为原码的方法就是先减去 `1` ,得到反码,再按位取反,得到原码。
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### 3.5.5 总结
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### 3.5.5 总结
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* ① 正数的原码、反码和补码都是一样的,三码合一。
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* ① 计算机底层`存储`和`计算`的都是`二进数的补码`。换言之,当`读取`整数的时候,需要采用`逆向`的转换,即:将补码转换为原码。
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* ② 负数的反码是在其原码的基础上,按位取反(0 变 1 ,1 变 0 ),符号位不变;负数的补码是其反码 + 1 。
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* ② 正数的原码、反码和补码都是一样的,三码合一。
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* ③ 0 的补码是 0 。
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* ③ 负数的反码是在其原码的基础上,按位取反(0 变 1 ,1 变 0 ),符号位不变;负数的补码是其反码 + 1 。
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* ④ 0 的补码是 0 。
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* ⑤ 负数的补码转换为原码的方法就是先减去 `1` ,得到反码,再按位取反,得到原码。
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## 3.6 计算机底层为什么使用补码?
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## 3.6 计算机底层为什么使用补码?
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@ -1267,7 +1275,7 @@ int main() {
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* 此外,加法和减法也可以合并为一种运算,即:加法运算。换言之,减去一个数就相当于加上这个数的相反数,如:`5 - 3` 相当于 `5 +(-3)`,`10 -(-9)`相当于 `10 + 9` 。
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* 此外,加法和减法也可以合并为一种运算,即:加法运算。换言之,减去一个数就相当于加上这个数的相反数,如:`5 - 3` 相当于 `5 +(-3)`,`10 -(-9)`相当于 `10 + 9` 。
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* 如果能够实现上述的两个目标,那么只需要设计一种简单的、不用区分符号位和数值位的加法电路,就能同时实现加法运算和减法运算,而且非常高效。其实,这两个目标已经实现了,真正的计算机的硬件电路就是这样设计的。
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* 如果能够实现上述的两个目标,那么只需要设计一种简单的、不用区分符号位和数值位的加法电路,就能同时实现加法运算和减法运算,而且非常高效。其实,这两个目标已经实现了,真正的计算机的硬件电路就是这样设计的。
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* 但是,简化硬件电路是有代价的,这个代价就是有符号数在存储和读取的时候都要继续转换。这也是对于有符号数的运算来说,计算机底层为什么使用`补码`的原因所在。
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* 但是,简化硬件电路是有代价的,这个代价就是`有符号数`在存储和读取的时候都要继续转换。这也是对于有符号数的运算来说,计算机底层为什么使用`补码`的原因所在。
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## 3.7 补码到底是如何简化硬件电路的?
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## 3.7 补码到底是如何简化硬件电路的?
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@ -1277,7 +1285,7 @@ int main() {
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> 直接使用原码表示整数,让符号位也参与运算,那么对于减法来说,结果显然是不正确的。
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> 直接使用原码表示整数,让符号位也参与运算,那么对于减法来说,结果显然是不正确的。
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* 于是,人们开始继续探索,不断试错,终于设计出了`反码`,如下所示:
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* 于是,人们开始继续探索,不断试错,终于设计出了`反码`,如下所示:
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@ -1285,7 +1293,7 @@ int main() {
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> 直接使用反码表示整数,让符号位也参与运算,对于 6 +(-18)来说,结果貌似正确。
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> 直接使用反码表示整数,让符号位也参与运算,对于 6 +(-18)来说,结果貌似正确。
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* 如果我们将`被减数`和`减数`对调一下,即:计算 `18 - 6` 的结果,也就是 `18 +(-6)`的结果,继续采用`反码`来进行运算,如下所示:
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* 如果我们将`被减数`和`减数`对调一下,即:计算 `18 - 6` 的结果,也就是 `18 +(-6)`的结果,继续采用`反码`来进行运算,如下所示:
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@ -1294,15 +1302,15 @@ int main() {
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> * ① 6 - 18,即:6+(-18),如果采用`反码`计算,结果是正确的;但是,18 - 6,即:18 +(-6),如果采用`反码`计算,结果相差 1 。
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> * ① 6 - 18,即:6+(-18),如果采用`反码`计算,结果是正确的;但是,18 - 6,即:18 +(-6),如果采用`反码`计算,结果相差 1 。
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> * ② 可以推断:如果按照`反码`来计算,小数 - 大数,结果正确;而大数 - 小数,结果相差 1 。
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> * ② 可以推断:如果按照`反码`来计算,小数 - 大数,结果正确;而大数 - 小数,结果相差 1 。
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* 对于这个相差的 `1` 必须进行纠正,但是又不能影响`小数-大数`的结果。于是,人们又绞尽脑汁设计出了`补码`,给`反码`打了一个`“补丁”`,终于把相差的 `1` 给纠正过来了。那么,`6 - 18` 按照`补码`的运算过程,如下所示:
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* 对于这个相差的 `1` 必须进行纠正,但是又不能影响`小数-大数`的结果。于是,人们又绞尽脑汁设计出了`补码`,给`反码`打了一个`“补丁”`,终于把相差的 `1` 给纠正过来了。那么,`6 - 18` 按照`补码`的运算过程,如下所示:
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* 那么,`18 - 6` 按照`补码`的运算过程,如下所示:
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* 那么,`18 - 6` 按照`补码`的运算过程,如下所示:
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