二进制负数的存储方式主要采用 补码表示法,其核心原理是通过正数的二进制补数来表示负数。以下是具体说明:
一、补码表示法的原理
符号位与数值位分离 计算机以二进制形式存储数据时,最左边的位为 符号位
(0表示正数,1表示负数),其余位为数值位。
负数的补码计算
负数的补码通过以下步骤获得:
- 取该负数的 绝对值的二进制原码;
- 将原码的每一位取反(0变1,1变0),得到 反码;
- 在反码的基础上加1,得到 补码。
二、具体示例
以十进制数 -5为例:
反码:
1111 1101(原码取反)
补码:
1111 1110(反码加1)
补码的直观理解是:在二进制加法中,负数与其补码相加结果为0(即 `−5 + 11111110 = 0`)。
三、应用与扩展
存储与运算
- 负数直接以补码形式存储在内存中,无需额外符号位;
- 加减运算可通过补码实现,无需单独处理负数(例如 `−3 + 2` 可直接按补码运算)。
数据类型与范围
- 32位整数范围为 `−2^31` 到 `2^31−1`(即 `−2147483648` 到 `2147483647`);
- 8位无符号整数范围为 `0` 到 `255`,无法表示负数。
四、注意事项
符号位的处理: 符号位仅在运算时影响结果,存储时直接按位存储; 溢出与精度
通过补码表示法,计算机能够统一正负数的存储与运算,简化了计算机硬件的设计。