Знакові та беззнакові цілі вирази: різниця та порівняння

Ключові винесення

1. У комп’ютерній інженерії цілі числа зі знаком є ​​фундаментальним типом даних, який використовується для представлення як додатних, так і від’ємних цілих чисел.
2. Цілі числа без знака використовуються лише для представлення невід’ємних цілих чисел.
3. Цілі числа зі знаком представлені в нотації доповнення до двох, що забезпечує ефективні операції додавання та віднімання. Навпаки, цілі числа без знака використовують пряме двійкове представлення з усіма бітами, які використовуються для опису величини.

Що таке цілий вираз зі знаком?

У комп’ютерній інженерії цілі числа зі знаком є ​​основними типами даних, які використовуються для представлення як додатних, так і від’ємних цілих чисел. Ці числа зберігаються в двійковому форматі, де один біт використовується для опису знака, а інші біти представляють величину числа.

 Цілі числа зі знаком мають багато застосувань, від підрахунку та арифметичних операцій до представлення температури, грошей тощо. Розуміння принципу роботи цілих виразів зі знаком і їхнього значення має вирішальне значення для будь-якого програміста.

Найпоширенішим представленням цілих чисел зі знаком є ​​використання доповнення до двох. У цій системі старший біт позначає знак із числом, де 0 означає додатне число, а 1 — від’ємне число. Решта бітів представляють абсолютне значення цілого числа. Це дозволяє ефективно виконувати операції додавання та віднімання, оскільки однакові правила можна застосовувати як до додатних, так і до від’ємних чисел.

Що таке цілий вираз без знаку?

Цілі числа без знака використовуються лише для представлення невід’ємних цілих чисел. Вони не мають знакового біта, тому всі біти представляють величину числа. Це робить їх придатними для ситуацій, коли від’ємні значення не застосовуються, наприклад підрахунок елементів, індексування масивів або зберігання розмірів даних.

Оскільки в цілому числі без знака немає біта знака, воно може представляти широкий діапазон додатних значень у порівнянні з цілими числами зі знаком того самого розміру. Наприклад, 8-розрядне ціле число без знаку може представляти значення від 0 до 255, фактично подвоюючи діапазон додатних значень порівняно з аналогами зі знаком.

Беззнакові цілі числа використовуються в низькорівневому програмуванні при роботі з апаратними регістрами, адресами пам'яті та побітовими операціями. Вони також використовуються в різних алгоритмах і структурах даних, де гарантується невід’ємність значення.

Різниця між знаковим і беззнаковим цілим виразом

1. У цілих числах зі знаком знаковий біт вказує, додатне чи від’ємне число, а беззнакове ціле число не має знакового біта й використовується лише для невід’ємних значень.
2. Цілі числа зі знаком можуть представляти додатні та від’ємні значення, тоді як цілі числа без знака можуть представляти більш широкий діапазон додатних значень, оскільки вони не виділяють біти для представлення знаків.
3. Цілі числа зі знаком зазвичай використовуються для завдань, що включають додатні та від’ємні значення, наприклад вимірювання температури, фінансові розрахунки та представлення даних. Навпаки, беззнакові цілі числа використовуються лише тоді, коли актуальні невід’ємні значення, наприклад підрахунок, індексація або збереження адрес пам’яті.
4. У деяких мовах програмування цілі числа зі знаком можуть бути ініціалізовані значенням за замовчуванням 0, тоді як цілі числа без знаку ініціалізуються максимальними значеннями, які можна представити.
5. Цілі числа зі знаком представлені в нотації доповнення до двох, що забезпечує ефективні операції додавання та віднімання. Навпаки, цілі числа без знака використовують пряме двійкове представлення з усіма бітами, які використовуються для опису величини.

Порівняння між знаковим і беззнаковим цілим виразом

параметри	Ціле число зі знаком	Ціле число без знака
Представлення знака	Знаковий біт використовується для вказівки	Немає жодних ознак біта
Діапазон значень	І позитивні, і негативні	Більший діапазон позитивних значень
Використовуйте випадки	Такі як вимірювання температури, фінансові розрахунки	Наприклад, підрахунок, індексація або збереження адрес пам’яті
Ініціалізація за замовчуванням	Ініціалізується значенням за замовчуванням 0	Ініціалізовано до максимального значення, яке можна представити
Двійкове доповнення VS прямий двійковий	Представляє запис доповнення до двох	Використовуйте пряме двійкове представлення

посилання

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

Останнє оновлення: 22 січня 2024 р