C学习:一个负数补码把我整蒙了
C学习:一个负数补码把我整蒙了
- 负数补码实质
- 代码示例分析
- 问题来源
- 问题分析
附:C代码在线调试工具
负数补码实质
负数补码定义参考之前讨论的一篇博客:C学习:有符号数类型的负数在计算机中的存储
正数的补码为其本身,负数的补码求取方式有两种。
方法一
,人工求取步骤如下:
- 取绝对值,得对应正数
- 对正数的二进制形式按位取反
- 将上面结果加1,得到补码
方法二
,从原码角度来操作,如-32,求取步骤如下:
- 原码为:10100000
- 最高位不变,其余取反:11011111
- 加一得补码:11100000
方法一过程为负数取绝对值,按位取反,再加1。方法二过程为原码的最高位不变,其余取反,然后加一。本质与方法一步骤一样,建议只用记第一种策略就行。
重要提示就是负数补码本质,计算机存负数时本身就已自动转换成补码
,不需要单独再去转换。但是,如果不清楚的话,会仍在计算机存储后负数后继续对该变量人工求补码,这样就会出问题了。
再次强调下,负数在计算机里存储时,如 int num = -1
; num本质已被转化成补码了,要想拿到补码,直接强制转成无符号数表达,其二进制就是补码。不信可以print
以下步骤看看。
代码示例分析
假设输入num = -10
,取消注释即可debug。
if (num < 0) { // 人工转换求取负数的补码// 逐步debug发现,取反位操作后,与预期不符,说明是在对本身负数存的补码在操作// int val = (int)num; // 强制转成32位的// printf("0x%x\n", val); // 0xfffffff6// val = -val; // 符号位变正// printf("0x%x\n", val); // 0xa// val = ~val; // 负数的模,除符号位外按位取反// printf("0x%x\n", val); // 0xfffffff5// val = val & 0x7FFFFFFF; // 把符号位变成正// printf("0x%x\n", val); // 0x7ffffff5// val = val + 1; // 加1成补码,当正数处理// printf("0x%x\n", val); // 0x7ffffff6// num = val; // 此步结果,不是正确的补码值// 负数本质在计算机里已被转化成补码了,要想拿到补码,直接强制转成无符号数表达,其二进制就是补码unsigned int val = (unsigned int)num;// printf("0x%x\n", val); // 0xfffffff6, 补码时符号位一直为1,其他位则是在正数模的基础上取反加1num = val; // 赋给num做正数处理
}
问题来源
该问题来自一个题目解答时遇到,题目描述为:将一个输入仅为数字的字符串,根据大小端顺序,分别将值用4字节打印出来。
问题分析
思路分析如下:
- 先字符串转换成数字,大于范围的直接返回
overflow
- 范围内的,先判别是否有负号
- 正数按16转进制成字符,小端时每隔两个交换
实现代码如下:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>#define MAX_STR_LEN 512
// TestCase
// 1234567890123456789012345678900
// 4027691818
// -10
// 0
// 2^32 = 4294967296 || 减1
// -2^31 = -2147483648 || 减1
void GetHexString(const char *inputStr, char *output, int outputSize)
{long long num = atoll(inputStr); // long 和 int 实际范围一致,必须要用atollchar overFlow[] = "overflow";char *p = overFlow;char *p1 = output;char bigOrder[9] = "00000000"; // 含\0char litOrder[9] = "00000000"; // 默认应该都是0,而非FFFFFF...int modVal = 0;if (num < -1 * (long long)pow(2, 31) || num >= (long long)pow(2, 32)) { // 题目要求的范围,跟INT_MIN,INT_MAX还不太一致while (*p) { // 输出overflow*p1 = *p;p1++;p++;}*p1 = '\0';return;}p1 = &bigOrder[7];char *p2 = &litOrder[0];if (num < 0) { // 小于0,用补码,只要求到32位// 易错点unsigned int val = (unsigned int)num;num = val; // 赋给num做正数处理}// 直接除以16,得到每个值,然后用字节序连起来// 注意大于0时,num不能用int或long表达,因为它只能存到2^31-1,题目要求表达到2^32while (num > 0) { // 若num为0,则跳过modVal = num % 16; // 默认小端序先存着if (modVal >= 10) {*p1 = (modVal - 10) + 'A';*p2 = *p1;p1--;p2++;} else {*p1 = modVal + '0';*p2 = *p1;p1--;p2++;}num /= 16;}// 小端每两个内部交换位置int i = 0;for (i = 0; i < 8; i += 2) {char tmp = litOrder[i];litOrder[i] = litOrder[i + 1];litOrder[i + 1] = tmp;}// 连接大小端p1 = output;p = bigOrder;while (*p) {*p1 = *p;p++;p1++;*p1++ = *p++;*p1 = ' ';p1++;}*p1++ = '\n';p = litOrder;while (*p) {*p1 = *p;p++;p1++;*p1++ = *p++;*p1 = ' ';p1++;}*p1 = '\0';return;
}int main(void)
{char inputStr[MAX_STR_LEN];if (scanf_s("%s", inputStr, MAX_STR_LEN) != 1) { return -1; }char output[MAX_STR_LEN];GetHexString(inputStr, output, MAX_STR_LEN);printf("%s", output);while (1) { ; }return 0;
}
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