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整数的二进制表示方法如下:
一、基本概念
二进制是一种基数为2的数制,仅使用0和1两个数字,遵循“逢二进一”的进位规则。
位权表示
二进制数从右到左的位权依次为$2^0, 2^1, 2^2, dots$。例如十进制数123转换为二进制为$01111011$,其计算过程为:
$$123 = 0 times 2^7 + 1 times 2^6 + 1 times 2^5 + 1 times 2^4 + 1 times 2^3 + 0 times 2^2 + 1 times 2^1 + 1 times 2^0$$。
二、有符号整数的表示方法
原码
- 正数:直接按绝对值转换为二进制,符号位为0。例如+5的原码为`00000000 00000000 00000000 00000005`(32位)。
- 负数:符号位为1,其余位为绝对值的二进制表示(即原码取反)。例如-5的原码为`10000000 00000000 00000000 00000001`(32位)。
补码
- 负数的补码是原码取反后加1。例如-5的补码为`11111111 11111111 11111111 11111101`(32位)。补码表示法可简化计算机运算。
三、无符号整数的表示
无符号整数仅包含0和1,符号位隐含为0。例如,32位无符号整数的范围是0到$2^{32}-1$(即0到4294967295)。
四、计算机中的存储形式
固定位数:
计算机中整数通常以固定位数存储,如32位int类型占用4字节(32位),64位long类型占用8字节(64位)。
补码优势:补码统一了正负数的存储和运算规则,简化了计算机硬件设计。
五、示例总结
| 数字 | 原码(32位) | 补码(32位) |
|------|----------------|----------------|
| 5| 00000000 00000000 00000000 00000005 | 00000000 00000000 00000000 00000005 |
| -5 | 10000000 00000000 00000000 00000001 | 11111111 11111111 11111111 11111101 |
| 255 | 01111111 11111111 11111111 11111111 | 01111111 11111111 11111111 11111111 |
通过以上方法,整数可高效地转换为二进制形式,并适应计算机内部的逻辑运算需求。