深入理解计算机系统(2.4)---C语言的有符号与无符号、二进制整数的扩展与截断
开篇请各位猿友允许LZ啰嗦几句,最近一直在写计算机系统原理这系列文章,也已经下定决心要把这本书的内容写完。主要目的其实是为了巩固LZ的理解,另外也想把这些内容分享给猿友们,毕竟LZ觉得这些内容对程序猿的实力还是有着很大的潜在提高的。
只是这种原理性的文章写起来相对复杂与繁琐,较对起来也比较困难,因为文章里充斥着各种各样的数学符号,不过相对于这样的写作难度来说,其受欢迎程度,却远远比不上一些难度较低的杂文。这一点从LZ的博客就能很明显的看出,LZ博客排名前几的文章,几乎全部都是LZ写的一些杂谈,比如经历、建议、感悟等等这一类的。
不过LZ也很理解这种现象,毕竟杂文看起来不怎么需要动脑子,内容相对来说也比较有趣,而且说不定偶尔也能有意外的大收获,受欢迎自是无可厚非的。不过对于计算机系统原理这种文章来说,倘若各位猿友能够坚持看下去的话,应该是会有不少的收获的。
此外LZ也希望各位猿友在观看之余,也不妨给予LZ一些鼓励和支持,这样不仅LZ的动力会大大增加,也会由于猿友们的鼓励而产生更大的责任感,从而更加费心的将内容更简单的解释清楚。
废话就到此结束吧,再写下去的话估计有猿友要忍不住吐槽LZ废话连篇了。就此打住,其实说了这么多,LZ就是想说五个字,“点个推荐吧。”
引言
在上一章中,我们着重介绍了整数的表示方式,也就是无符号编码和补码编码。本次我们来看一下二进制整数的扩展与截断,这部分内容是与C语言挂钩介绍的。因此我们首先来简单的看一下C语言的有符号数和无符号数。
C语言中的有符号数和无符号数
有符号数和无符号数的本质区别其实就是采用的编码不同,前者采用补码编码,后者采用无符号编码。
在C语言中,有符号数和无符号数是可以隐式转换的,不需要手动实施强制类型转换。不过也正是因为如此,可能你不小心将一个无符号数赋给了有符号数,就会造成出乎意料的结果,就像下面这样。
#include <stdio.h> int main(){
short i = -;
unsigned short u = i;
printf("%d %d\n",i,u);
}
结果如下。
一个不小心,一个负数就变成正数了,再看下面这个程序,它展示了在进行关系运算时,由于有符号数和无符号数的隐式转换所导致的违背常规的结果。
#include <stdio.h> int main(){
printf("%d\n",- < 0U);
printf("%d\n",- < 12345U);
}
结果如下。
可以看到,两个结果都为0,也就是false,这与我们直观的理解是违背的,原因就是因为在比较的过程中,有符号数被隐式的转换成了无符号数进行比较。
扩展
当我们将一个短整型的变量转换为整型变量时,就涉及到了位的扩展,此时由两个字节扩充为四个字节。
在进行位的扩展时,最容易想到的就是在高位全部补0,也就是将原来的二进制序列前面加入若干个0,也称为零扩展。还有一种方式比较特别,是符号扩展,也就是针对有符号数的方式,它是直接扩展符号位,也就是将二进制序列的前面加入若干个最高位。
对于零扩展来说,很明显扩展之后的值与原来的值是相等的,而对于符号扩展来说,则是一样,只不过没有零扩展来的直观。我们在计算补码时有一个比较简单的办法,就是符号位若为0,则与无符号是类似的。若符号位为1,也就是负数时,可以将其余位取反最终再加1即可。因此当我们对一个有符号的负数进行符号扩展时,前面加入若干个1,在取反之后都为0,因此依旧会保持原有的数值。
总之,在对位进行扩展时,是不会改变原有数值的。
在书中对于负数的符号扩展还给出了这一过程的证明,LZ这里就不多做叙述了,其实这个证明很简单,就是利用了补码编码的公式而已。需要多提一句的是,这里使用了归纳法证明,因此这里只是扩展了一位,具体过程如下。
截断
截断与扩展相反,它是将一个多位二进制序列截断至较少的位数,也就是与扩展是相反的过程。
根据我们的直观判断也不难发现,截断可能会导致数据的失真。对于无符号编码来说,截断后就是剩余位数的无符号编码数值。在书中给出了这一简单过程的证明,它主要是想表明截断前与截断后的数值的关系是取模所得到的。
对于补码编码来说,截断后的二进制序列与无符号编码是一样的,因此我们只需要多加一步,将无符号编码转换为补码编码就可以了。
因此对于无符号编码和补码来说,可以得到以下两个公式。
其它语言中的有符号与无符号
从上面的分析不难看出,具有有符号和无符号数的语言,可能会因此引起一些不必要的麻烦,而且无符号数除了能表示的最大值更大以外,似乎并没有太大的好处。因此有很多语言是不支持无符号数的。
比如LZ所使用的Java语言,就只有有符号数,这样省去了很多不必要的麻烦。无符号数很多时候只是为了表示一些无数值意义的标识,比如我们的内存地址,此时的无符号数就有点类似于数据库主键或者说键值对中的键值的概念,仅仅是一个标识而已。
文章小结
本文主要阐述了C语言当中的有符号数和无符号数,以及低位转高位的扩展、高位转低位的截断运算,下一章我们将讲解很重要的一节内容,整数的二进制运算。
深入理解计算机系统(2.4)---C语言的有符号与无符号、二进制整数的扩展与截断的更多相关文章
- C语言的有符号与无符号,二进制整数的扩展与截断
C语言的有符号与无符号,二进制整数的扩展与截断 前一节说了整数的表示方式,,也就是无符号编码与补码编码.这一届说一下二进制整数的扩展与截断,这部分内容与C语言挂钩.so,我们先看下面C语言的有符号和无 ...
- C语言进阶——有符号与无符号02
在计算机的内部,我们所有的信息都是由二进制数字组成的 有符号数的表实法: 在计算机内部用补码的方式表实有符号数 正数的补码位正数的本身 负数的补码为其绝对值取反然后加一得到 例如-7 他在计算机内部的 ...
- 深入理解计算机系统(2.5)------C语言中的有符号数和无符号数以及扩展和截断数字
上一篇博客我们讲解了计算机中整数的表示,包括无符号编码和补码编码,以及它们之间的互相转换,个人觉得那是非常重要的知识要点.这篇博客我们将介绍C语言中的有符号数和无符号数以及扩展和截断数字. 1.C语言 ...
- CSAPP(深入理解计算机系统)读后感
9月到10月8号,包括国庆七天,大概每天5小时以上的时间,把Computer System: A Programmer Perspective 2rd version(深入理解计算机系统)的英文版啃完 ...
- 【 c语言中无符号和有符号的加法运算】【深入理解】--【sky原创】
原文:[ c语言中无符号和有符号的加法运算][深入理解]--[sky原创] 第一题 #include<stdio.h> int main() { unsigned int a=6; i ...
- Ch2信息的表示和处理——caspp深入理解计算机系统
目录 第2章 信息的表示和处理 2.1 信息存储 2.1.1 十六进制 一.表示法 二.加减 三.进制转换 2.1.2 字 2.1.3 数据大小 2.1.4 字节顺序与表示 一.字节的排列规则 二.打 ...
- ABAP语言实现 左移 <<、无符号右移 >>> 位移操作
这几天要在ABAP中实现 3DES 标准对称加密算法,与其他外部系统进行加密/解密操作.由于ABAP语言中没有 左移 <<.无符号右移 >>> 操作,只能自己实现 思路 ...
- 深入理解计算机系统(4.1)---X86的孪生兄弟,Y86指令体系结构
引言 各位猿友们好,计算机系统系列很久没更新了,实在是抱歉之极.新的一年,为了给计算机系统系列添加一些新的元素,LZ将其更改为书的原名<深入理解计算机系统>.这本书非常厚,而且难度较高,L ...
- 《深入理解计算机系统》 Chapter 7 读书笔记
<深入理解计算机系统>Chapter 7 读书笔记 链接是将各种代码和数据部分收集起来并组合成为一个单一文件的过程,这个文件可被加载(货被拷贝)到存储器并执行. 链接的时机 编译时,也就是 ...
随机推荐
- 从键盘上输入一个正整数n,请按照以下五行杨辉三角形的显示方式, 输出杨辉三角形的前n行。请采用循环控制语句来实现。
Scanner sc=new Scanner(System.in); System.out.println("请输入一个正整数:"); int ss=sc.nextInt(); i ...
- Spark SQL 官方文档-中文翻译
Spark SQL 官方文档-中文翻译 Spark版本:Spark 1.5.2 转载请注明出处:http://www.cnblogs.com/BYRans/ 1 概述(Overview) 2 Data ...
- DataTable操作
一 复制DataTable中符合条件的DataRow到新的DataTable中 One: DataTable TableTemp = new DataTable();//临时table DataTab ...
- linux权限补充:rwt rwT rws rwS 特殊权限
众所周知,Linux的文件权限如: 777:666等,其实只要在相应的文件上加上UID的权限,就可以用到加权限人的身份去运行这个文件.所以我们只需要将bash复制出来到另一个地方,然后用root加上U ...
- XP系统下IIS常见的几个问题
随笔说明: 个人笔记.仅供参考 根据日常遇到的相关问题不定期增改 时间:2015年1月7日23:09 Soft:Microsoft .NET Framework 4(独立安装程序) Microsoft ...
- 不错的flash,动漫,小插件小集
(来源:http://abowman.com/google-modules/) embed code <object width="220" height="166 ...
- ORACLE之ASM概念
一. ASM(自动存储管理)的来由: ASM是Oracle 10g R2中为了简化Oracle数据库的管理而推出来的一项新功能,这是Oracle自己提供的卷管理器,主要用于替代操作系统所提供的 ...
- 在VMware上安装CentOS-6.5 minimal - 安装VMware Tools
由于CentOS-6.5 minimal很多工具都默认没有安装,安装VMwareTools需要用到Perl,所以老伯建议先配置好网络再接着安装. 网络配置方法可以参考在VMware上安装CentOS- ...
- PS色调均化滤镜的快捷实现(C#源代码)。
photoshop色调均化功能通常是在进行修片处理前期比较常用的功能之一,其对扩展图像的对比度,增强视觉效果有一定的作用.在很多课本或者文章中,也称这种处理为灰度均衡化.直方图均衡化等等.算法原理都是 ...
- #include <NOIP2010 Junior> 三国游戏 ——using namespace wxl;
题目描述 小涵很喜欢电脑游戏,这些天他正在玩一个叫做<三国>的游戏. 在游戏中,小涵和计算机各执一方,组建各自的军队进行对战.游戏中共有 N 位武将(N为偶数且不小于 4),任意两个武将之 ...