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补码运算时的溢出判断

(2011-06-27 15:20:35)
标签:

符号位

负数

补码

原码

数值

教育

分类: 有用小小技术
当两个以补码表示的负数相加时,会遇到两个问题。第一是两个负数的符号位相加,1+1后,本位为零,似乎负数相加变成了正数;其二是两个负数的数值部分之和,如果不向符号位进位,是不是就说明运算结果没有溢出?但不进位最终将导致两个负数相加成了正数,显然是错误的,这该怎么解释?如果两个以补码表示的负数的数值部分之和向符号位进位,会使运算结果依然为负数,那么这个运算结果是正确的吗?下面我们分析一下这个问题:

①只有真正意义上的相加才可能溢出,比如:

    正+正,负+负,正-负,负-正

    纯粹的减法是不可能溢出的,这一点仅需常识即可作出判断,所以遇到不是真正意义上的加法运算(当然,包括乘法和左移等)要你判断是否有溢出,直接就可以回答:OF=0;

②两正数之和的数值部分向符号位进位,显然是运算结果超过了指定位数的带符号数的表示范围,这就是典型的溢出;

③两负数之和的溢出判断是我们讨论的重点。我们先考察一下负数原码和补码数值部分之间的关系:以8位补码为例,负数原码和补码数值部分之和始终等于128(见上图)。由于这种关系,当原码数值大时对应的补码数值就小,反之也一样。所以,当两补码表示的负数的数值部分之和没有向符号位进位,说明两负数的原码之和必然向符号位进位,即发生溢出;反之,当两补码表示的负数的数值部分之和向符号位进位,那么对应两负数原码的数值之和就不可能向符号位进位,即运算结果没有溢出;并且在这种情形下补码之和的数值部分向符号位的进位,修正了两负数符号位相加本位为零的问题,使得两负数之和依然是个负数。
    下面看两个负数补码相加溢出判断的实例:
例一:085h 9ch
   10000101b 10011100b
   两数相加,数值部分不会向符号位进位,这是不是就说明没有溢出呢?但由于计算结果为正,显然不对。我们还是看看两个数的原码之和再说:
    10000101b的原码 11111011b(-123)
    10011100b的原码 11100100b(-100)
    显然,原码之和的数值部分将向符号位进位,显然是溢出无疑。

例二:0e7h 0b3h
    =11100111b 10110011b
    两数相加,数值部分会向符号位进位,这进位是溢出吗?还是看看原码吧!
    11100111b的原码 10011001b(-25)
    10110011b的原码 11001101b(-77)
    容易看出,两数原码之和没有向符号位进位,即没有发生溢出。
    其实归结起来,补码的溢出判断规则就一句话:

    同号数相加如果结果的符号位和两加数不同,既是溢出。

    这自然说明了:
    ⑴不是同号数相加,则不可能溢出;
    ⑵同号数相加有可能溢出;
    ⑶同号数相加如果结果的符号位和两加数不同,既是溢出

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