Подписанный и неподписанный: разница и сравнение

В программировании термины «знаковый» и «беззнаковый» относятся к интерпретации целочисленных типов данных. Целые числа со знаком могут представлять как положительные, так и отрицательные числа, выделяя один бит для обозначения знака, а остальные биты — для величины. С другой стороны, целые числа без знака представляют собой исключительно неотрицательные числа, используя все биты для определения величины.

Основные выводы

1. Подписанные данные проверяются цифровой подписью, что гарантирует подлинность и целостность данных.
2. Неподписанные данные не имеют цифровой подписи и не проверяются, что делает их уязвимыми для подделки или модификации.
3. Подписанные данные обычно используются в защищенной связи, а неподписанные данные используются в некритических приложениях.

Подписанный против неподписанного

Подписанные и беззнаковые относятся к тому, как числа представлены в компьютерном программировании. Беззнаковые числа всегда положительны, они могут выражать большие положительные значения. Числа со знаком могут быть как положительными, так и отрицательными, они имеют равное распределение положительных и отрицательных значений.

В компьютерном программировании эти «знаковые» и «беззнаковые» категории относятся к переменным, которые могут содержать определенные типы данных. целые. В контексте кодирования первая категория может содержать оба типа целых чисел. Напротив, последняя категория может включать только число ноль и весь список положительных целых чисел.

Сравнительная таблица

Особенность	Подписанный	неподписанный
Диапазон значений	Может представлять положительный, отрицательный и нулевой значения.	Может представлять только неотрицательный (нулевой и положительный) значения.
Представление числа	Использует бит знака (старший бит) для обозначения знака (0 — положительный, 1 — отрицательный).	Есть ли не используйте знаковый бит, отдавая все биты величине значения.
Использование памяти	Для того же количества бит знаковый тип может представлять половина диапазона беззнакового типа.	Из-за отсутствия знакового бита беззнаковый тип может представлять более широкий диапазон ценностей.
Случаи общего пользования	Представление величин, которые могут быть положительными, отрицательными или нулевыми (например, температура, координаты, финансовые операции).	Представление величин, которые по своей сути неотрицательны (например, адреса памяти, размеры файлов, счетчики).
Сравнения	Будьте осторожны при непосредственном сравнении знаковых и беззнаковых значений в некоторых языках программирования.	Их можно сравнивать напрямую, поскольку они занимают один и тот же диапазон значений.

Что такое подписанный?

Знак — это атрибут типа данных, используемый в языках программирования для представления целых чисел и хранения целых чисел. Атрибут «signed» означает, что переменная может содержать как положительные, так и отрицательные значения. Когда переменная объявлена ​​как знаковая, это означает, что она может представлять положительные, отрицательные и нулевые значения. Целые числа со знаком являются фундаментальными для арифметических операций, включающих как положительные, так и отрицательные числа.

Представление

В целых числах со знаком самый левый бит (самый старший бит) используется для обозначения знака числа. Если этот бит установлен в 0, число положительное или нулевое, а если оно установлено в 1, число отрицательное. Остальные биты представляют величину числа в стандартном двоичном представлении.

Диапазон

Включение отрицательных чисел в целые числа со знаком влияет на их диапазон по сравнению с целыми числами без знака. Например, для типичного 8-битного целого числа со знаком диапазон значений составляет от -128 до 127. Максимальное положительное значение ограничено на единицу меньше максимальной величины, которая может быть представлена ​​в данном количестве битов.

Применение

Целые числа со знаком обычно используются, когда требуется диапазон как положительных, так и отрицательных значений. Они имеют решающее значение в таких сценариях, как финансовые расчеты, где значения могут быть положительными (доходы) или отрицательными (расходы). Кроме того, целые числа со знаком используются в алгоритмах, включающих арифметические операции, результат которых может быть отрицательным.

Пример

Например, если у нас есть 8-битное целое число со знаком, его диапазон будет от -128 до 127. Если рассматривать двоичное представление 01111111 (127 в десятичном формате), оно представляет собой положительное значение. И наоборот, двоичное представление 10000000 (-128 в десятичном формате) представляет собой отрицательное значение, поскольку самый левый бит установлен в 1.

Что такое без подписи? 

Беззнаковый — это атрибут типа данных, обычно используемый в языках программирования для представления целых чисел. В отличие от целых чисел со знаком, которые могут представлять положительные, отрицательные и нулевые значения, целые числа без знака представляют исключительно неотрицательные значения. Когда переменная объявлена ​​как беззнаковая, это означает, что она может содержать только положительные или нулевые значения, что фактически удваивает диапазон положительных значений по сравнению с целыми числами со знаком.

Представление

В беззнаковых целых числах все биты используются для представления величины числа, при этом ни один бит не предназначен для указания знака. Это означает, что самый левый бит (самый значимый бит) в двоичном представлении является частью величины, что позволяет использовать более широкий диапазон положительных значений.

Диапазон

Отсутствие отрицательных чисел в целых числах без знака расширяет их диапазон по сравнению с целыми числами со знаком. Например, в 8-битном беззнаковом целом диапазоне диапазон значений составляет от 0 до 255. Максимальное значение определяется максимальной величиной, которая может быть представлена ​​в данном количестве битов.

Применение

Целые числа без знака предпочтительнее при работе исключительно с неотрицательными значениями. Они обычно используются в сценариях, где важны только положительные значения, например для представления величин, индексов массива или адресов памяти. Кроме того, целые числа без знака используются в побитовых операциях и в ситуациях, когда арифметические операции не должны давать отрицательные результаты.

Пример

Например, в 8-битном беззнаковом целом двоичное представление 11111111 (255 в десятичном формате) представляет собой максимальное положительное значение. В отличие от целых чисел со знаком, нет необходимости выделять бит для обозначения знака, что позволяет всему диапазону битов вносить вклад в величину.

Основные различия между подписанным и неподписанным

• Представление:
  • Целые числа со знаком используют один бит для представления знака (положительного или отрицательного), а остальные биты — для величины.
  • Целые числа без знака используют все биты для представления величины, без бита, предназначенного для указания знака.
• Диапазон:
  • Целые числа со знаком могут представлять как положительные, так и отрицательные значения, но диапазон ограничен на единицу меньше максимальной величины, которую можно представить.
  • Целые числа без знака представляют собой исключительно неотрицательные значения, что позволяет использовать более широкий диапазон положительных значений по сравнению с целыми числами со знаком.
• Применение:
  • Целые числа со знаком обычно используются, когда необходимо представить отрицательные значения, например, в арифметических операциях, включающих как положительные, так и отрицательные числа.
  • Целые числа без знака предпочтительнее при работе исключительно с неотрицательными значениями, например, при представлении величин, индексов массива или адресов памяти. Они также используются в побитовых операциях и сценариях, где арифметические операции не должны давать отрицательные результаты.

Рекомендации

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

Последнее обновление: 03 марта 2024 г.