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short类型取值范围从-2^15~2^15-1是什么意思

short类型取值范围从-2^15~2^15-1是什么意思

作者: 茶油瓶 | 来源:发表于2019-10-09 21:28 被阅读0次

本文对C++中的short类型的取值范围-2^15~2^15-1在内存中的二进制储存做了一点理解,其他的int,long等整型与此类似。

预备:

11      2^2-1

111    2^3-1

1111  2^4-1

10     2^1

100   2^2

1000 2^3


问题描述:

我发现这个-2^15是1000 0000 0000 0000,但是2^15-1是0111 1111 1111 1111。

然后我就不理解这个编号到底是怎么连续地排过去的,1000 0000 0000 0000下一个数字该是1000 0000 0000 0001,然后原来越小,而0111 1111 1111 1111是short能表示的最大正数很好理解,它下一个数字该是0111 1111 1111 1110,它也会越来越小,感觉前后这两个数字接不到一起(+_+)?

实际上仔细看这个1000 0000 0000 0000,它那个1是符号,它其实是个-0,它并不是-2^15,-2^15是计算机规定的,就是为了去掉这个-0,因为已经有+0了(0000 0000 0000 0000)。

从全0到全1,所有的short类型数据的逻辑如下:

0 000 0000 0000 0000          (0)

0 000 0000 0000 0001          (1)

0 000 0000 0000 0010          (2)

~

0 111 1111 1111 1101          (2^15-3)

0 111 1111 1111 1110             (2^15-2)

0 111 1111 1111 1111           (2^15-1,这是最大正数了,再加1符号位就变了)

1 000 0000 0000 0000            (-0)  (你有点多余)

1 000 0000 0000 0001              (-1)

1 000 0000 0000 0010              (-2)

1 000 0000 0000 0011               (-3)

~

1 111 1111 1111 1101           (-2^15-3)

1 111 1111 1111 1110           (-2^15-2)

1 111 1111 1111 1111            (-2^15-1)

捋下来之后发现,要是没这个-0(1 000 0000 0000 0000)那么表示的范围刚好是[-2^15-1, -2^15-2, -2^15-3..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ..., 2^15-3, 2^15-2, 2^15-1],但是这个-0就很难受,那1+(-1)到底是等于+0还是-0?于是计算机底层在用补码存储数据的时候,规定这个-0(1 000 0000 0000 0000)就取它字面上的值,1 000 0000 0000 0000要是个无符号整型数据表示的就是2^15,但是又规定把它划到负数那边,于是负数就多了一个(-2^15)。也就是说,这个-2^15(1 000 0000 0000 0000)的负号,是计算机规定的,不是这个字面上的二进制数表示出来的,这个数从字面上看,他要是有符号,应该是-0,要是无符号,应该是2^15,怎么也不能-2^15,这是规定的!

另外插一句,有符号二进制数从全0开始+1,+1,+1加到全1,按它的顺序对应的十进制数的顺序不是咱们常规的...-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3...这样由大到小很顺畅的排序,而是0,1,2,3,...,最大正数,-0,-1,-2,-3,...,最大负数,但是我们说short的范围的时候说-2^15~2^15-1,感觉好像二进制数也是所有的都从小到大在排一样,其实不是╮(╯-╰)╭,这要注意一下。

而且以上所有的二进制数都是补码的形式,要-1倒成反码,再取反(除了符号位)倒成原码,才能是它真实的表示的数值,不过这个不影响我们讨论short的取值范围。

总之short只能占2个字节,也就是16位,这16位总共可以表示2^16个数字,这2^16个数字按照第一位是0还是1分成正数和负数,正负数各2^15个,正数从0到2^15-1,负数从-0到-2^15-1,为了去掉这个-0,计算机规定-0(1000 0000 0000 0000)表示的是-2^15,把它算到负数那边去,于是负数就比正数多了一个。于是取值范围本来应该是-2^15-1~2^15-1,现在变成了-2^15~2^15-1。

如有错误,欢迎指正*^____^*

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