Signiert vs. nicht signiert: Unterschied und Vergleich

In der Programmierung beziehen sich die Begriffe „signed“ und „unsigned“ auf die Interpretation ganzzahliger Datentypen. Vorzeichenbehaftete Ganzzahlen können sowohl positive als auch negative Zahlen darstellen, indem ein Bit für die Angabe des Vorzeichens und die restlichen Bits für die Größe reserviert werden. Andererseits stellen vorzeichenlose Ganzzahlen ausschließlich nichtnegative Zahlen dar, wobei alle Bits für die Größe verwendet werden.

Key Take Away

1. Signierte Daten werden mit einer digitalen Signatur verifiziert, die die Authentizität und Integrität der Daten garantiert.
2. Nicht signierte Daten haben keine digitale Signatur und werden nicht verifiziert, wodurch sie anfällig für Manipulationen oder Änderungen sind.
3. Signierte Daten werden üblicherweise in der sicheren Kommunikation verwendet, während nicht signierte Daten in unkritischen Anwendungen verwendet werden.

Signiert vs. Unsigniert

Vorzeichen und Vorzeichen beziehen sich auf die Art und Weise, wie Zahlen in der Computerprogrammierung dargestellt werden. Zahlen ohne Vorzeichen sind immer positiv, sie können größere positive Werte ausdrücken. Vorzeichenbehaftete Zahlen können entweder positiv oder negativ sein, sie haben eine gleichmäßige Verteilung positiver und negativer Werte.

In der Computerprogrammierung beziehen sich diese „vorzeichenbehafteten“ und „vorzeichenlosen“ Kategorien auf Variablen, die bestimmte Typen von enthalten können ganze Zahlen. Im Kodierungskontext kann die erstgenannte Kategorie beide Arten von ganzen Zahlen enthalten. Im Gegensatz dazu kann die letztere Kategorie nur die Zahl Null und die gesamte Liste positiver ganzer Zahlen umfassen.

Vergleichstabelle

Merkmal	Unterzeichnet	Ohne Vorzeichen
Wertebereich	Kann darstellen positiv, negativ und null Werte.	Kann nur repräsentieren nicht negativ (null und positiv) Werte.
Zahlendarstellung	Verwendet a Zeichenbit (das höchstwertige Bit), um das Vorzeichen anzuzeigen (0 für positiv, 1 für negativ).	Beeinflusst die  nicht Verwenden Sie ein Vorzeichenbit und widmen Sie alle Bits der Größe des Werts.
Memory Usage	Für die gleiche Anzahl von Bits kann der vorzeichenbehaftete Typ dargestellt werden die halbe Reichweite vom unsignierten Typ.	Da es kein Vorzeichenbit gibt, kann der vorzeichenlose Typ a darstellen breiteres Spektrum von Werten.
Häufige Anwendungsfälle	Stellt Größen dar, die positiv, negativ oder Null sein können (z. B. Temperatur, Koordinaten, Finanztransaktionen).	Stellt Größen dar, die von Natur aus nicht negativ sind (z. B. Speicheradressen, Dateigrößen, Zähler).
Vergleiche	Seien Sie vorsichtig, wenn Sie in einigen Programmiersprachen vorzeichenbehaftete und vorzeichenlose Werte direkt vergleichen.	Können direkt verglichen werden, da sie den gleichen Wertebereich einnehmen.

Was ist signiert?

Signed ist ein Datentypattribut, das in Programmiersprachen zur Darstellung von Ganzzahlen verwendet wird und zum Speichern ganzer Zahlen verwendet wird. Das „signed“-Attribut bedeutet, dass eine Variable sowohl positive als auch negative Werte enthalten kann. Wenn eine Variable als vorzeichenbehaftet deklariert wird, bedeutet dies, dass sie positive, negative und Nullwerte darstellen kann. Vorzeichenbehaftete ganze Zahlen sind für arithmetische Operationen mit positiven und negativen Zahlen von grundlegender Bedeutung.

Vertretung

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.

Abdeckung

Die Einbeziehung negativer Zahlen in vorzeichenbehaftete Ganzzahlen wirkt sich auf deren Bereich im Vergleich zu vorzeichenlosen Ganzzahlen aus. Bei einer typischen 8-Bit-Ganzzahl mit Vorzeichen liegt der Bereich beispielsweise zwischen -128 und 127. Der maximale positive Wert ist um eins kleiner als die maximale Größe begrenzt, die in der angegebenen Anzahl von Bits dargestellt werden kann.

Anwendungsbereich

Vorzeichenbehaftete Ganzzahlen werden häufig verwendet, wenn ein Bereich sowohl positiver als auch negativer Werte erforderlich ist. Sie sind in Szenarien wie Finanzberechnungen von entscheidender Bedeutung, bei denen die Werte positiv (Einnahmen) oder negativ (Ausgaben) sein können. Darüber hinaus werden vorzeichenbehaftete Ganzzahlen in Algorithmen verwendet, die arithmetische Operationen beinhalten, bei denen das Ergebnis negativ sein kann.

Beispiel

Wenn wir beispielsweise eine 8-Bit-Ganzzahl mit Vorzeichen haben, liegt ihr Bereich zwischen -128 und 127. Wenn die binäre Darstellung von 01111111 (127 in Dezimalzahl) berücksichtigt wird, stellt sie einen positiven Wert dar. Umgekehrt stellt die binäre Darstellung von 10000000 (-128 in Dezimalzahl) einen negativen Wert dar, da das Bit ganz links auf 1 gesetzt ist.

Was ist unsigniert? 

Unsigned ist ein Datentypattribut, das häufig in Programmiersprachen zur Darstellung von Ganzzahlen verwendet wird. Im Gegensatz zu vorzeichenbehafteten Ganzzahlen, die positive, negative und Nullwerte darstellen können, stellen vorzeichenlose Ganzzahlen ausschließlich nichtnegative Werte dar. Wenn eine Variable als vorzeichenlos deklariert ist, bedeutet dies, dass sie nur positive Werte oder Nullwerte enthalten kann, wodurch sich der Bereich positiver Werte im Vergleich zu vorzeichenbehafteten Ganzzahlen effektiv verdoppelt.

Vertretung

Bei vorzeichenlosen Ganzzahlen werden alle Bits zur Darstellung der Größe der Zahl verwendet, wobei kein Bit der Angabe des Vorzeichens gewidmet ist. Dies bedeutet, dass das Bit ganz links (höchstes Bit) in der Binärdarstellung Teil der Größe ist, was einen größeren Bereich positiver Werte ermöglicht.

Abdeckung

Das Fehlen negativer Zahlen in vorzeichenlosen Ganzzahlen erweitert ihren Bereich im Vergleich zu vorzeichenbehafteten Ganzzahlen. Bei einer 8-Bit-Ganzzahl ohne Vorzeichen liegt der Bereich beispielsweise zwischen 0 und 255. Der Maximalwert wird durch die maximale Größe bestimmt, die in der angegebenen Anzahl von Bits dargestellt werden kann.

Anwendungsbereich

Ganzzahlen ohne Vorzeichen werden bevorzugt, wenn ausschließlich mit nicht negativen Werten gearbeitet wird. Sie werden häufig in Szenarien verwendet, in denen nur positive Werte relevant sind, z. B. bei der Darstellung von Mengen, Array-Indizes oder Speicheradressen. Darüber hinaus werden vorzeichenlose Ganzzahlen in bitweisen Operationen und Situationen verwendet, in denen arithmetische Operationen keine negativen Ergebnisse liefern sollten.

Beispiel

Beispielsweise stellt in einer 8-Bit-Ganzzahl ohne Vorzeichen die binäre Darstellung von 11111111 (255 in Dezimalzahl) den maximalen positiven Wert dar. Im Gegensatz zu vorzeichenbehafteten Ganzzahlen ist es nicht erforderlich, ein Bit zur Bezeichnung des Vorzeichens zuzuweisen, sodass der gesamte Bitbereich zur Größe beitragen kann.

Hauptunterschiede zwischen signiert und unsigniert

• Vertretung:
  • Vorzeichenbehaftete Ganzzahlen verwenden ein Bit zur Darstellung des Vorzeichens (positiv oder negativ) und die restlichen Bits für die Größe.
  • Vorzeichenlose Ganzzahlen verwenden alle Bits zur Darstellung der Größe, wobei kein Bit der Angabe des Vorzeichens gewidmet ist.
• Abdeckung:
  • Vorzeichenbehaftete Ganzzahlen können sowohl positive als auch negative Werte darstellen, der Bereich ist jedoch um eins kleiner als die maximal darstellbare Größe begrenzt.
  • Vorzeichenlose Ganzzahlen stellen ausschließlich nicht negative Werte dar, was im Vergleich zu vorzeichenbehafteten Ganzzahlen einen größeren Bereich positiver Werte ermöglicht.
• Anwendungsbereich:
  • Vorzeichenbehaftete Ganzzahlen werden häufig verwendet, wenn negative Werte dargestellt werden müssen, beispielsweise bei arithmetischen Operationen, die sowohl positive als auch negative Zahlen umfassen.
  • Ganzzahlen ohne Vorzeichen werden bevorzugt, wenn ausschließlich mit nichtnegativen Werten gearbeitet wird, z. B. bei der Darstellung von Mengen, Array-Indizes oder Speicheradressen. Sie werden auch in bitweisen Operationen und Szenarien verwendet, in denen arithmetische Operationen keine negativen Ergebnisse liefern sollten.

Bibliographie

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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

Letzte Aktualisierung: 03. März 2024