Знаковые и беззнаковые целочисленные выражения: разница и сравнение

Основные выводы

1. В компьютерной технике целые числа со знаком — это фундаментальный тип данных, используемый для представления как положительных, так и отрицательных целых чисел.
2. Целые числа без знака используются только для представления неотрицательных целых чисел.
3. Целые числа со знаком представлены в виде дополнения до двух, что позволяет эффективно выполнять операции сложения и вычитания. Напротив, целые числа без знака используют простое двоичное представление, в котором все биты используются для описания величины.

Что такое целочисленное выражение со знаком?

В компьютерной инженерии целые числа со знаком являются фундаментальными типами данных, используемыми для представления как положительных, так и отрицательных целых чисел. Эти числа хранятся в двоичном формате: один бит используется для описания знака, а остальные биты представляют величину числа.

 Целые числа со знаком имеют множество применений: от подсчета и арифметических операций до представления температуры, денег и многого другого. Понимание того, как работают целочисленные выражения со знаком и их значение, имеет решающее значение для любого программиста.

Наиболее распространенным представлением целых чисел со знаком является использование обозначения дополнения до двух. В этой системе старший бит указывает знак числа: 0 представляет положительное число, а 1 представляет отрицательное число. Остальные биты представляют абсолютное значение целого числа. Это позволяет эффективно выполнять операции сложения и вычитания, поскольку одни и те же правила можно применять как к положительным, так и к отрицательным числам.

Что такое беззнаковое целочисленное выражение?

Целые числа без знака используются только для представления неотрицательных целых чисел. У них нет знакового бита, поэтому все биты представляют величину числа. Это делает их хорошо подходящими для ситуаций, когда отрицательные значения неприменимы, например, для подсчета элементов, индексации массивов или хранения размеров данных.

Поскольку в беззнаковом целом числе нет знакового бита, оно может представлять широкий диапазон положительных значений по сравнению с целыми числами со знаком того же размера. Например, 8-битное целое число без знака может представлять значения от 0 до 255, что эффективно удваивает диапазон положительных значений по сравнению с его аналогами со знаком.

Целые числа без знака используются в низкоуровневом программировании при работе с аппаратными регистрами, адресами памяти и побитовыми операциями. Они также используются в различных алгоритмах и структурах данных, где гарантируется неотрицательность значения.

Разница между знаковым и беззнаковым целочисленным выражением

1. В целых числах со знаком бит знака указывает, является ли число положительным или отрицательным, тогда как целое число без знака не имеет бита знака и используется только для неотрицательных значений.
2. Целые числа со знаком могут представлять положительные и отрицательные значения, тогда как целые числа без знака могут представлять более обширный диапазон положительных значений, поскольку они не выделяют биты для представления знака.
3. Целые числа со знаком обычно используются для задач, включающих положительные и отрицательные значения, таких как измерение температуры, финансовые расчеты и представление данных. Напротив, целые числа без знака используются только тогда, когда важны неотрицательные значения, например, подсчет, индексирование или сохранение адресов памяти.
4. В некоторых языках программирования целые числа со знаком могут быть инициализированы значением по умолчанию, равным 0, а целые числа без знака инициализируются максимальными представимыми значениями.
5. Целые числа со знаком представлены в виде дополнения до двух, что позволяет эффективно выполнять операции сложения и вычитания. Напротив, целые числа без знака используют простое двоичное представление, в котором все биты используются для описания величины.

Сравнение знакового и беззнакового целочисленного выражения

параметры	Целое число со знаком	Беззнаковое целое
Представление знака	Знаковый бит используется для обозначения	Нет никаких признаков немного
Диапазон значений	И положительные, и отрицательные	Больший диапазон положительных значений
Случаи использования	Например, измерение температуры, финансовые расчеты	Например, подсчет, индексирование или сохранение адресов памяти.
Инициализация по умолчанию	Инициализировано со значением по умолчанию 0.	Инициализировано до максимального представимого значения
Дополнение до двух против прямой двоичной системы	Представляйте обозначение дополнения до двух	Используйте простое двоичное представление

Рекомендации

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/4608183/
2. http://isocpp.open-std.org/JTC1/SC22/wg14/www/docs/n2629.pdf

Последнее обновление: 22 января 2024 г.