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2023-08-21 19:32:37 +08:00
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@@ -12,12 +12,14 @@ comments: true
在上一节的表格中我们发现,所有整数类型能够表示的负数都比正数多一个,例如 `byte` 的取值范围是 $[-128, 127]$ 。这个现象比较反直觉,它的内在原因涉及到原码、反码、补码的相关知识。
实际上,**数字是以“补码”的形式存储在计算机中的**。在分析这样做的原因之前,我们首先给出三者的定义:
首先需要指出,**数字是以“补码”的形式存储在计算机中的**。在分析这样做的原因之前,我们首先给出三者的定义:
- **原码**:我们将数字的二进制表示的最高位视为符号位,其中 $0$ 表示正数,$1$ 表示负数,其余位表示数字的值。
- **反码**:正数的反码与其原码相同,负数的反码是对其原码除符号位外的所有位取反。
- **补码**:正数的补码与其原码相同,负数的补码是在其反码的基础上加 $1$ 。
下图展示了原吗、反码和补码之间的转换方法。
![原码、反码与补码之间的相互转换](number_encoding.assets/1s_2s_complement.png)
<p align="center"> 图:原码、反码与补码之间的相互转换 </p>
@@ -27,9 +29,9 @@ comments: true
$$
\begin{aligned}
& 1 + (-2) \newline
& = 0000 \space 0001 + 1000 \space 0010 \newline
& \rightarrow 0000 \space 0001 + 1000 \space 0010 \newline
& = 1000 \space 0011 \newline
& = -3
& \rightarrow -3
\end{aligned}
$$
@@ -50,8 +52,8 @@ $$
$$
\begin{aligned}
+0 & = 0000 \space 0000 \newline
-0 & = 1000 \space 0000
+0 & \rightarrow 0000 \space 0000 \newline
-0 & \rightarrow 1000 \space 0000
\end{aligned}
$$
@@ -59,7 +61,7 @@ $$
$$
\begin{aligned}
-0 = \space & 1000 \space 0000 \space \text{(原码)} \newline
-0 \rightarrow \space & 1000 \space 0000 \space \text{(原码)} \newline
= \space & 1111 \space 1111 \space \text{(反码)} \newline
= 1 \space & 0000 \space 0000 \space \text{(补码)} \newline
\end{aligned}
@@ -127,11 +129,11 @@ $$
\end{aligned}
$$
![IEEE 754 标准下的 float 表示方式](number_encoding.assets/ieee_754_float.png)
![IEEE 754 标准下的 float 的计算示例](number_encoding.assets/ieee_754_float.png)
<p align="center"> 图:IEEE 754 标准下的 float 表示方式 </p>
<p align="center"> 图:IEEE 754 标准下的 float 的计算示例 </p>
给定一个示例数据 $\mathrm{S} = 0$ $\mathrm{E} = 124$ $\mathrm{N} = 2^{-2} + 2^{-3} = 0.375$ ,则有:
观察上图,给定一个示例数据 $\mathrm{S} = 0$ $\mathrm{E} = 124$ $\mathrm{N} = 2^{-2} + 2^{-3} = 0.375$ ,则有:
$$
\text { val } = (-1)^0 \times 2^{124 - 127} \times (1 + 0.375) = 0.171875
@@ -141,7 +143,7 @@ $$
**尽管浮点数 `float` 扩展了取值范围,但其副作用是牺牲了精度**。整数类型 `int` 将全部 32 位用于表示数字,数字是均匀分布的;而由于指数位的存在,浮点数 `float` 的数值越大,相邻两个数字之间的差值就会趋向越大。
进一步地,指数位 $E = 0$ 和 $E = 255$ 具有特殊含义,**用于表示零、无穷大、$\mathrm{NaN}$ 等**。
如下表所示,指数位 $E = 0$ 和 $E = 255$ 具有特殊含义,**用于表示零、无穷大、$\mathrm{NaN}$ 等**。
<p align="center"> 表:指数位含义 </p>