整数在计算机中的二进制表示法是计算机内部处理数据的基础。以下是关于整数二进制表示的详细说明:
一、基本概念
二进制组成 二进制数仅使用0和1两个数字,每个位(bit)表示2的幂次方。例如:
- 第0位(最右边):$2^0 = 1$
- 第1位:$2^1 = 2$
- 第2位:$2^2 = 4$
- 以此类推,第n位表示$2^n$
位权展开式
一个二进制数可以通过位权展开式转换为十进制。例如,二进制数`1011`表示:
$$1 times 2^3 + 0 times 2^2 + 1 times 2^1 + 1 times 2^0 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11$$
二、常见表示方法
原码
直接将整数的绝对值转换为二进制,符号位单独表示(通常最高位为符号位,0表示正,1表示负)。例如:
- 正数13:`0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101`(32位)
- 负数-13:`1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001`(32位)
补码
为简化计算机运算,负数采用补码表示。补码计算方法:
- 先取原码的 反码(0变1,1变0)
- 然后将反码加1
例如:
- -13的原码:`1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001`
- -13的反码:`1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110`
- -13的补码:`1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1001`(加1后)
无符号数
无符号数仅表示非负整数,直接用二进制表示其绝对值。例如:
- 10:`0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010`
三、实际应用
计算机存储: 1字节=8bit,整数23的二进制表示为`0001 0111`,而最大值255为`1111 1111`
位运算:补码简化加减法运算,例如加法直接按位相加,减法可转换为加法(加上补码)
数据类型:不同编程语言中,整数可能以4字节(32位)、8字节(64位)等形式存储
四、示例总结
| 数字 | 原码(32位) | 补码(32位) | 无符号表示(8位) |
|------|--------------|--------------|------------------|
| 10 | 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 | 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 | 000010