二进制补码溢出主要发生在有符号数运算中,当计算结果超出表示范围时。以下是具体分析:
一、溢出原因
表示范围限制 有符号数采用补码表示,其范围为`-2^(n-1)`到`2^(n-1)-1`(`n`为位数)。例如8位补码范围为`-128`到`127`。当运算结果超出此范围时发生溢出。
符号位与数值位冲突
补码运算中,符号位和数值位共享最高位。若运算后符号位与加数符号位不一致(如两个正数相加结果为负),则表明结果超出表示范围。
二、溢出判断方法
符号位检查法
- 同号相加: 若两个正数相加结果为负,或两个负数相加结果为正,则溢出。 - 异号相减
进位检查法 - 双符号位运算:
若符号位与数值位进位不一致(如符号位进位而数值位不进位),则溢出。 - 单符号位运算:仅检查最高数值位进位是否与符号位进位一致。
三、溢出处理方法
修正错误结果 - 正数溢出:
错误结果加`2^(n+1)`;
- 负数溢出:错误结果减`2^(n+1)`。 例如8位补码中,`125 + 4 = 129`(溢出),正确结果应为`-1`(`125 - 128 = -3`,即`129 - 2^8 = -1`)。
四、示例分析
以8位补码为例:
例1:`01011`(5)+ `01000`(4)= `10011`(9),溢出(结果超出8位范围)。- 例2:`10101`(-19)- `11000`(-28)= `10101`(-19),无溢出。
五、注意事项
无符号数溢出:仅当结果超出位数所能表示的最大值时发生,例如4位无符号数`1111`(15)+ `1`(1)= `10000`(16,溢出)。- 溢出检测优先级:符号位检查法更直观,进位检查法适用于硬件实现。