موقعة مقابل غير موقعة: الفرق والمقارنة

في البرمجة، يشير المصطلحان "موقع" و"غير موقع" إلى تفسير أنواع البيانات الصحيحة. يمكن أن تمثل الأعداد الصحيحة ذات الإشارة كلا من الأرقام الموجبة والسالبة عن طريق تخصيص بت واحد للإشارة إلى الإشارة والبتات المتبقية للحجم. من ناحية أخرى، تمثل الأعداد الصحيحة غير الموقعة حصرا أرقاما غير سالبة، وذلك باستخدام جميع البتات للحجم.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. يتم التحقق من البيانات الموقعة من خلال التوقيع الرقمي ، والذي يضمن مصداقية البيانات وتكاملها.
2. لا تحتوي البيانات غير الموقعة على توقيع رقمي ولم يتم التحقق منها ، مما يجعلها عرضة للتلاعب أو التعديل.
3. تُستخدم البيانات الموقعة بشكل شائع في الاتصالات الآمنة، بينما تُستخدم البيانات غير الموقعة في التطبيقات غير المهمة.

موقعة مقابل غير موقعة

تتعلق الموقعة وغير الموقعة بكيفية تمثيل الأرقام في برمجة الكمبيوتر. دائمًا ما تكون الأرقام غير الموقعة موجبة ، ويمكنها التعبير عن قيم موجبة أكبر. يمكن أن تكون الأرقام الموقعة موجبة أو سالبة ، ولها توزيع متساوٍ للقيم الموجبة والسالبة.

في برمجة الكمبيوتر ، تشير هذه الفئات "الموقعة" و "غير الموقعة" إلى المتغيرات التي يمكن أن تحتوي على أنواع معينة من الأعداد الصحيحة. في سياق الترميز ، يمكن للفئة السابقة أن تحتوي على كلا النوعين من الأعداد الصحيحة. في المقابل ، يمكن للفئة الأخيرة أن تشمل فقط الرقم صفر والقائمة الكاملة للأعداد الصحيحة الموجبة.

جدول المقارنة

الميزات	وقعت	غير موقعة
مدى القيمة	يمكن أن تمثل الإيجابية والسلبية والصفر القيم.	يمكن أن يمثل فقط غير سلبي (صفر وإيجابي) القيم.
تمثيل الرقم	يستخدم بت التوقيع (البت الأكثر أهمية) للإشارة إلى الإشارة (0 للإيجاب، 1 للسالب).	لا ليس استخدم بت الإشارة، وخصص كل البتات لحجم القيمة.
استخدام الذاكرة	لنفس العدد من البتات، يمكن أن يمثل النوع الموقع نصف النطاق من النوع غير الموقع.	نظرًا لعدم وجود بت إشارة، يمكن أن يمثل النوع غير الموقع ملفًا نطاق أوسع من القيم.
حالات الاستخدام المشترك	تمثيل الكميات التي يمكن أن تكون موجبة أو سالبة أو صفر (على سبيل المثال، درجة الحرارة، الإحداثيات، المعاملات المالية).	تمثيل الكميات غير السالبة بطبيعتها (على سبيل المثال، عناوين الذاكرة، وأحجام الملفات، والعدادات).
مقارنات	كن حذرًا عند مقارنة القيم الموقعة وغير الموقعة مباشرةً في بعض لغات البرمجة.	يمكن مقارنتها مباشرة لأنها تشغل نفس نطاق القيم.

ما هو التوقيع؟

التوقيع هو سمة نوع البيانات المستخدمة في لغات البرمجة لتمثيل الأعداد الصحيحة، وتستخدم لتخزين الأعداد الصحيحة. تشير السمة "الموقعة" إلى أن المتغير يمكن أن يحمل قيمًا موجبة وسالبة. عندما يتم الإعلان عن متغير كموقع، فهذا يعني أنه يمكن أن يمثل قيمًا موجبة وسالبة وصفرية. تعتبر الأعداد الصحيحة ذات الإشارة أساسية للعمليات الحسابية التي تتضمن أرقامًا موجبة وسالبة.

التمثيل

In signed integers, the leftmost bit (the most significant bit) is used to denote the sign of the number. If this bit is set to 0, the number is positive or zero, and if it’s set to 1, the number is negative. The remaining bits represent the magnitude of the number, using the standard binary representation.

الفترة (من ... إلى)

يؤثر تضمين الأرقام السالبة في الأعداد الصحيحة ذات الإشارة على نطاقها مقارنة بالأعداد الصحيحة غير ذات الإشارة. على سبيل المثال، في عدد صحيح نموذجي ذو 8 بتات، يكون النطاق من -128 إلى 127. الحد الأقصى للقيمة الإيجابية محدد بمقدار واحد أقل من الحد الأقصى للحجم الذي يمكن تمثيله في عدد البتات المحدد.

الأستعمال

تُستخدم الأعداد الصحيحة ذات الإشارة بشكل شائع عندما يكون هناك حاجة إلى نطاق من القيم الموجبة والسالبة. إنها حاسمة في سيناريوهات مثل الحسابات المالية، حيث يمكن أن تكون القيم إيجابية (الدخل) أو سلبية (النفقات). بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الأعداد الصحيحة الموقعة في الخوارزميات التي تتضمن عمليات حسابية حيث قد تكون النتيجة سلبية.

مثال

على سبيل المثال، إذا كان لدينا عدد صحيح بعلامة 8 بت، فسيكون نطاقه من -128 إلى 127. إذا تم أخذ التمثيل الثنائي للرقم 01111111 (127 بالنظام العشري) في الاعتبار، فإنه يمثل قيمة موجبة. على العكس من ذلك، يمثل التمثيل الثنائي 10000000 (-128 بالنظام العشري) قيمة سالبة بسبب تعيين البت الموجود في أقصى اليسار على 1.

ما هو غير الموقع؟ 

Unsigned هي سمة نوع بيانات شائعة الاستخدام في لغات البرمجة لتمثيل الأعداد الصحيحة. على عكس الأعداد الصحيحة الموقعة، والتي يمكن أن تمثل قيمًا موجبة وسالبة وصفرية، فإن الأعداد الصحيحة غير الموقعة تمثل حصريًا القيم غير السالبة. عندما يتم الإعلان عن متغير على أنه غير موقّع، فهذا يعني أنه يمكنه فقط الاحتفاظ بقيم موجبة أو صفرية، مما يضاعف نطاق القيم الموجبة بشكل فعال مقارنة بالأعداد الصحيحة الموقّعة.

التمثيل

في الأعداد الصحيحة غير الموقعة، يتم استخدام جميع البتات لتمثيل حجم الرقم، مع عدم وجود بتة مخصصة للإشارة إلى الإشارة. وهذا يعني أن البت الموجود في أقصى اليسار (البت الأكثر أهمية) في التمثيل الثنائي هو جزء من الحجم، مما يسمح بنطاق أكبر من القيم الإيجابية.

الفترة (من ... إلى)

يؤدي غياب الأرقام السالبة في الأعداد الصحيحة غير الموقعة إلى توسيع نطاقها مقارنة بالأعداد الصحيحة الموقعة. على سبيل المثال، في عدد صحيح غير موقّع مكون من 8 بتات، يكون النطاق من 0 إلى 255. ويتم تحديد القيمة القصوى بواسطة الحد الأقصى للحجم الذي يمكن تمثيله في عدد البتات المحدد.

الأستعمال

تُفضل الأعداد الصحيحة غير الموقعة عند التعامل حصريًا مع القيم غير السالبة. يتم استخدامها بشكل شائع في السيناريوهات التي تكون فيها القيم الإيجابية فقط ذات صلة، مثل تمثيل الكميات أو مؤشرات الصفيف أو عناوين الذاكرة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الأعداد الصحيحة غير الموقعة في عمليات البت والمواقف التي لا ينبغي أن تؤدي فيها العمليات الحسابية إلى نتائج سلبية.

مثال

على سبيل المثال، في عدد صحيح غير موقّع مكون من 8 بت، يمثل التمثيل الثنائي 11111111 (255 بالنظام العشري) الحد الأقصى للقيمة الموجبة. على عكس الأعداد الصحيحة ذات الإشارة، ليست هناك حاجة لتخصيص بت للدلالة على الإشارة، مما يسمح للمجموعة الكاملة من البتات بالمساهمة في الحجم.

الاختلافات الرئيسية بين الموقع وغير الموقعة

• التمثيل:
  • تستخدم الأعداد الصحيحة ذات الإشارة بتًا واحدًا لتمثيل الإشارة (إيجابية أو سلبية) والبتات المتبقية للحجم.
  • تستخدم الأعداد الصحيحة غير الموقعة جميع البتات لتمثيل الحجم، مع عدم وجود بتة مخصصة للإشارة إلى الإشارة.
• الفترة (من ... إلى):
  • يمكن أن تمثل الأعداد الصحيحة ذات الإشارة قيمًا موجبة وسالبة، ولكن النطاق محدود بمقدار واحد أقل من الحد الأقصى الذي يمكن تمثيله.
  • تمثل الأعداد الصحيحة غير الموقعة حصريًا القيم غير السالبة، مما يسمح بنطاق أكبر من القيم الموجبة مقارنةً بالأعداد الصحيحة ذات الإشارة.
• الأستعمال:
  • تُستخدم الأعداد الصحيحة ذات الإشارة بشكل شائع عند الحاجة إلى تمثيل القيم السالبة، كما هو الحال في العمليات الحسابية التي تتضمن أرقامًا موجبة وسالبة.
  • تُفضل الأعداد الصحيحة غير الموقعة عند التعامل حصريًا مع القيم غير السالبة، مثل تمثيل الكميات أو مؤشرات المصفوفات أو عناوين الذاكرة. يتم استخدامها أيضًا في العمليات والسيناريوهات ذات البتات حيث لا ينبغي أن تؤدي العمليات الحسابية إلى نتائج سلبية.

مراجع حسابات

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6606625/
2. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-540-28628-8_8
3. https://www.cs.umn.edu/sites/cs.umn.edu/files/tech_reports/14-006.pdf

آخر تحديث: 03 مارس 2024