Почему в с выходит отрицательный аске код

Почему ascii символы кириллицы отрицательные в языке Си?

Почему в консоли Windows программа на языке Си выдает отрицательный ascii-код символа из кириллицы? Я понимаю, что код ascii кириллицы выходит за пределы 127, и поэтому использую unsigned char. Но как-то не помогает.

Небольшие куски программы:

Вы работаете на платформе, на которой тип char является знаковым. Это означает, что при ширине типа char в 8 бит, он будет традиционно иметь диапазон -128..127 . Поэтому очевидно, что ваши сравнения значений типа char с числами типа 191 , 168 и т.п. смысла не имеют и иметь не могут.

По этой причине «не срабатывают» ваши условия в if . По этой же самой причине ваш printf печатает отрицательные значения.

Если вы хотите на уровне вашего кода работать с кодами символов в диапазоне 0..255 , то либо явно вручную приводите все значения типа char к типу unsigned char , либо ройтесь в настройках компилятора, чтобы сделать тип char беззнаковым сам по себе.

Недоумение также вызывает выражение (*(str + length) != NULL) . Что тут имелось в виду? NULL — константа, предназначенная для использования в указательных контекстах, т.е. ее, например, можно сравнивать с указателями. У вас же она вдруг сравнивается с char .

Посмотрев внимательнее, мой зоркий глаз заметил, что значение типа char , якобы равное NULL , действительно может возвращаться из рукописной функции getchr (мне сначала показалось, что это стандартный getchar ). Но это не делает ситуацию лучше. NULL нельзя присваивать значениям типа char или сравнивать со значениями типа char .

Двоичное число: прямой, обратный и дополнительный коды

Прямой, обратный и дополнительный коды двоичного числа — способы представления двоичных чисел с фиксированной запятой в компьютерной (микроконтроллерной) арифметике, предназначенные для записи отрицательных и неотрицательных чисел

Мы знаем, что десятичное число можно представить в двоичном виде. К примеру, десятичное число 100 в двоичном виде будет равно 1100100, или в восьмибитном представлении 0110 0100. А как представить отрицательное десятичное число в двоичном виде и произвести с ним арифметические операции? Для этого и предназначены разные способы представления чисел в двоичном коде.
Сразу отмечу, что положительные числа в двоичном коде вне зависимости от способа представления (прямой, обратный или дополнительный коды) имеют одинаковый вид.

Прямой код

Прямой код — способ представления двоичных чисел с фиксированной запятой. Главным образом используется для записи неотрицательных чисел

Прямой код используется в двух вариантах.
В первом (основной) — для записи только неотрицательных чисел:

В этом варианте (для восьмибитного двоичного числа) мы можем записать максимальное число 255 (всего чисел 256 — от 0 до 255)

Второй вариант — для записи как положительных, так и отрицательных чисел.
В этом случае старший бит (в нашем случае — восьмой) объявляется знаковым разрядом (знаковым битом).
При этом, если:
— знаковый разряд равен 0, то число положительное
— знаковый разряд равен 1, то число отрицательное

В этом случае диапазон десятичных чисел, которые можно записать в прямом коде составляет от — 127 до +127:

Подводя итоги вопроса, не влезая в его дебри, скажу одно:
Прямой код используется главным образом для представления неотрицательных чисел.
Использование прямого кода для представления отрицательных чисел является неэффективным — очень сложно реализовать арифметические операции и, кроме того, в прямом коде два представления нуля — положительный ноль и отрицательный ноль (чего не бывает):

Обратный код

Обратный код — метод вычислительной математики, позволяющий вычесть одно число из другого, используя только операцию сложения.
Обратный двоичный код положительного числа состоит из одноразрядного кода знака (битового знака) — двоичной цифры 0, за которым следует значение числа.
Обратный двоичный код отрицательного числа состоит из одноразрядного кода знака (битового знака) — двоичной цифры 1, за которым следует инвертированное значение положительного числа.

Для неотрицательных чисел обратный код двоичного числа имеет тот же вид, что и запись неотрицательного числа в прямом коде.
Для отрицательных чисел обратный код получается из неотрицательного числа в прямом коде, путем инвертирования всех битов (1 меняем на 0, а 0 меняем на 1).
Для преобразования отрицательного числа записанное в обратном коде в положительное достаточного его проинвертировать.

При 8-битном двоичном числе — знаковый бит (как и в прямом коде) старший (8-й)

Диапазон десятичных чисел, который можно записать в обратном коде от -127 до + 127

Арифметические операции с отрицательными числами в обратном коде:

1-й пример (для положительного результата)
Дано два числа:
100 = 0110 0100
-25 = — 0001 1001
Необходимо их сложить:
100 + (-25) = 100 — 25 = 75

1-й этап
Переводим число -25 в двоичное число в обратном коде:
25 = 0 001 1001
-25= 1 110 0110
и складываем два числа:
0 110 0100 (100) + 1 110 0110 (-25) = 1 0 100 1010, отбрасываем старшую 1 (у нас получился лишний 9-й разряд — переполнение), = 0 100 1010
2-й этап
Отброшенную в результате старшую единицу прибавляем к результату:
0 100 1010 + 1 = 0 100 1011 (знаковый бит = 0 , значит число положительное), что равно 75 в десятичной системе

2-й пример (для отрицательного результата)
Дано два числа:
5 = 0000 0101
-10 = — 0000 1010
Необходимо их сложить:
5 + (-10) = 5 — 10 = -5

1-й этап
Переводим число -10 в двоичное число в обратном коде:
10 = 0 000 1010
-10= 1 111 0101
и складываем два числа:
0 000 0101 (5) + 1 111 0101 (-10) = 1 111 1010 (знаковый бит = 1 , значит число отрицательное)

2-й этап
Раз результат получился отрицательный, значит число представлено в обратном коде.
Переводим результат в прямой код (путем инвертирования значения, знаковый бит не трогаем):
1 111 1010 —-> 1 000 0101
Проверяем:
1 000 0101 = — 0000 0101 = -5

Обратный код решает проблему сложения и вычитания чисел с различными знаками, но и имеет свои недостатки:
— арифметические операции проводятся в два этапа
— как и в прямом коде два представления нуля — положительный и отрицательный

Дополнительный код

Дополнительный код — наиболее распространенный способ представления отрицательных чисел. Он позволяет заменить операцию вычитания на операцию сложения и сделать операции сложения и вычитания одинаковыми для знаковых и беззнаковых чисел.

В дополнительном коде (как и в прямом и обратном) старший разряд отводится для представления знака числа (знаковый бит).

Диапазон десятичных чисел которые можно записать в дополнительном коде от -128 до +127. Запись положительных двоичных чисел в дополнительном коде та-же, что и в прямом и обратном кодах.

Дополнительный код отрицательного числа можно получить двумя способами
1-й способ:
— инвертируем значение отрицательного числа, записанного в прямом коде (знаковый бит не трогаем)
— к полученной инверсии прибавляем 1
Пример:
Дано десятичное число -10
Переводим в прямой код:
10 = 0 000 1010 —-> -10 = 1 000 1010
Инвертируем значение (получаем обратный код):
1 000 1010 —-> 1 111 0101
К полученной инверсии прибавляем 1:
1 111 0101 + 1 = 1 111 0110 — десятичное число -10 в дополнительном коде

2-й способ:
Вычитание числа из нуля
Дано десятичное число 10, необходимо получить отрицательное число (-10) в дополнительном двоичном коде
Переводим 10 в двоичное число:
10 = 0 000 1010
Вычитаем из нуля:
0 — 0000 1010 = 1 111 0110 — десятичное число -10 в дополнительном коде

Арифметические операции с отрицательными числами в дополнительном коде

Дано: необходимо сложить два числа -10 и 5
-10 + 5 = -5
Решение:
5 = 0000 0101
-10 = 1111 0110 (в дополнительном коде)
Складываем:
1111 0110 + 0000 0101 = 1111 1011, что соответствует числу -5 в дополнительном коде

Как мы видим на этом примере — дополнительный код отрицательного двоичного числа наиболее подходит для выполнения арифметических операций сложения и вычитания отрицательных чисел.

Вывод:
1. Для арифметических операций сложения и вычитания положительных двоичных чисел наиболее подходит применение прямого кода
2. Для арифметических операций сложения и вычитания отрицательных двоичных чисел наиболее подходит применение дополнительного кода

Почему в с выходит отрицательный аске код

[нажмите на картинку для увеличения]
Справка: как сохранять фото с сайтов

Решайтесь на великие поступки — ASCII

ASCII — это самый простой из существующих коммуникационных протоколов и единственный формат данных, который может декодировать любая из существующих компьютерных систем.

Момент посадки на Марс ровера NASA Perseverance (Настойчивость) стал историческим событием. Человечество впервые увидело нечто подобное. Многие люди с замиранием сердца наблюдали за происходящим. «Настойчивость» многие годы будет служить для нас источником вдохновения.

Каждое изображение, поступающее с Марса после успешной посадки ровера, содержало в себе какой-то сюрприз. Одним из таких сюрпризов стало сообщение, зашифрованное в раскраске парашюта марсохода.

Интернет-ищейки заявили о том, что им удалось расшифровать скрытое сообщение, нанесённое на купол парашюта, который помог роверу безопасно приземлиться на поверхность Красной планеты. Как оказалось, фраза «Dare Mighty Things» («Решайтесь на великие поступки») — девиз лаборатории реактивного движения NASA (Jet Propulsion Laboratory) — была закодирована на парашюте с использованием красных и белых полос, представляющих двоичный компьютерный код. Этот код, что неудивительно, можно, используя некоторые вычисления, перевести в кодировку ASCII и, в итоге, понять то, что в нём скрыто.

Ровер сделал этот снимок парашюта в процессе посадки на поверхность Марса

Пользователи Reddit и Twitter обратили внимание на то, что красно-белый узор похож на нечто, способное нести в себе какой-то смысл. Они расшифровали послание, решив, что красные фрагменты представляют единицы, а белые — нули.

Эта история разлетелась по всему миру, благодаря ей кодировка ASCII, о которой говорят не особенно часто, оказалась у всех на слуху.

В этом материале мы поговорим об ASCII, немного коснёмся истории этой кодировки, разберём пример её применения в программном коде. Прочитав эту статью, вы поймёте, что очень сложно не полюбить ASCII, кое-что о ней узнав.

Протокол ASCII

ASCII — это кодировка. Это не протокол. Протоколы могут быть построены на основе ASCII.

На самом деле, так оно и есть, но во множестве документов, которые можно встретить в интернете, ASCII называют не только «кодировкой», но и «протоколом». Поэтому я заранее хочу обратить на это ваше внимание, так как могу называть ASCII и так и так.

ASCII можно назвать самым простым коммуникационным протоколом для передачи текста. При его использовании передаются только обычные и управляющие ASCII-символы. Он предусматривает минимальный контроль ошибок или полное его отсутствие.

Может, в это сложно поверить, но ASCII — это весьма мощная технология. Это — единственный формат данных, который может декодировать любая из существующих компьютерных систем.

Немногие знают о том, что кодировка ASCII появилась в 1960-х годах, когда Лабораториям Белла (Bell Labs) понадобился стандартный способ для передачи текста. Сотрудники Bell Labs реорганизовали телеграфные коды, разобрали их и, совместно с Американской ассоциацией стандартов (American Standards Association, ASA), сформировали ASCII (American Standard Code for Information Interchange, Американский стандартный код для обмена информацией). 1960-е — это время бурного развития компьютерных технологий. Создатели вычислительных машин использовали ASCII. В результате эта кодировка и стала общепризнанным стандартом передачи информации.

XML (eXtensible Markup Language, Расширяемый язык разметки) — это язык, используемый для организации хранения компьютерных данных и для их передачи из одного места в другое. Он построен исключительно с применением ASCII-кодов. Каждый XML-элемент начинается и оканчивается угловой скобкой, которая является ASCII-символом. Даже числовые данные в XML кодируются с помощью ASCII. Например, сведения о давлении чернил кодируются с помощью элементов InkPressure , представляющих собой длинные последовательности ASCII-кодов:

Почему вокруг так много всего связано с ASCII? Дело в том, что это отражает то, как люди общаются друг с другом. Для общения мы используем буквы, цифры и специальные символы. В мире, например, очень много всего такого, что надо как-то маркировать. Речь идёт о товарных этикетках, о коробках, об автомобильных покрышках, и много о чём ещё. Компьютеры должны считывать маркировку, что они и делают, используя сканеры штрих-кодов. Потом, если речь идёт о штрих-кодах, их надо преобразовать в ASCII-символы, с которыми уже выполняются дальнейшие действия.

Типичный пример использования ASCII — это составление команд и запросов, которые можно отправлять промышленным устройствам, которые, реагируя на них, выполняют какие-то действия, или отправляют в ответ сведения о собственном состоянии.

Что такое протокол?

Представим, что вы попали на аудиенцию к королеве. При этом кто-то из дворцовых служащих сообщает вам о том, каких правил принято придерживаться во время этого мероприятия. Эти правила и называют протоколом. Понятие «протокол» часто используется в компьютерном мире. Вы вводите веб-адрес в адресную строку браузера, нажимаете Enter, это приводит к выполнению множества операций, браузер и сервер обмениваются данными, после чего запрошенная страница выводится на экране. В ходе обмена данными между сервером и браузером используется определённый набор протоколов.

Понятие «сетевой протокол» скрывает в себе множество смысловых уровней. Обычно «протокол» — это механизм, используемый для передачи пакетов с данными между компьютерами. Но тут мы не будем обращать внимание на транспортную составляющую обмена данными. Мы сосредоточимся на исследовании тех данных, которые передаются по сетям. В частности — изучим сообщения, которые программы отправляют другим программам.

Биты, байты и представление информации

Итак, мы уже немного поговорили об ASCII, а ниже я продемонстрирую примеры работы с ASCII в коде. Но прежде чем я это сделаю, предлагаю немного отклониться от нашей основной темы и поговорить о том, как в цифровом мире кодируется и хранится информация.

«Цифровое представление информации» — это когда всё что угодно представляют исключительно с помощью чисел. Обычная последовательность работы при таком подходе выглядит так:

• Нечто (звук, изображение, текст, набор команд…) преобразуют в цифровую форму с использованием некоего механизма.
• Полученные цифровые данные можно сохранить на соответствующем носителе и прочитать с него, их можно как-то обработать, их можно куда-то передать.
• Из цифровых данных можно воссоздать нечто, более или менее близкое к оригиналу, на основе которого они созданы.

Двоичные, восьмеричные, десятичные, шестнадцатеричные числа

Существует множество способов представления чисел. Например, возьмём двоичное число 10011111.

Оно равнозначно следующим числам:

• 237 в восьмеричной системе счисления;
• 157 в десятичной системе счисления;
• 9F в шестнадцатеричной системе счисления.

Для того чтобы передавать данные по компьютерным сетям эти данные надо представлять в виде байтов. Байт — это группа из 8 битов. С помощью одного байта можно закодировать десятичное число в диапазоне от 0 до 255.

Эта конструкция используется для представления неких данных. Ведь, как известно, компьютер не может хранить «буквы», «цифры», «изображения» или что угодно другое. Компьютер может работать лишь с битами. А бит может пребывать лишь в одном из двух значений: «да» или «нет», «истина» или «ложь», «0» или «1». Называть их можно по-разному, но всё сводится к тому, что их всего два.

Для того чтобы использовать биты для представления чего-то, отличного от «нулей» и «единиц», нужны некие правила. Нужна возможность преобразовывать последовательности битов в нечто вроде букв, цифр, изображений. Делается это с применением некоей схемы кодирования, которую обычно называют просто «кодировкой».

Тут мы говорим о схеме кодирования ASCII. В этой кодировке определено 128 символов (для кодирования 1 символа используется 7 битов). Ниже приведён её фрагмент.

Фактически, при использовании ASCII работа ведётся не с «символами» или с «текстами». Всё сводится к манипулированию битами, «видимыми» через несколько слоёв абстракции.

Помимо ASCII существуют и другие способы кодирования символов, другие способы преобразования последовательностей битов в текстовые данные. Например, это набор символов Unicode. Если имеется соответствие между битами, из которых составлена строка, и кодами Unicode-символов — битовое представление строки можно преобразовать в нечто осмысленное. Если такого соответствия нет — подобное преобразование выполнить не получится.

Для преобразования двоичных данных в числа, которые соответствуют номерам из набора символов Unicode (и для преобразования кодов символов в двоичные данные), могут применяться различные кодировки. В частности, это кодировка UTF-8. Она совместима с ASCII, для представления ASCII-символов в ней применяются 1-байтные коды. Для представления символов из набора Unicode в ней может применяться до 4 байтов на 1 символ.

Если две компьютерные системы обмениваются друг с другом данными, им нужно договориться о том, какую именно кодировку они используют. Например, текстовые данные, представленные на этой странице, закодированы с использованием UTF-8, о чём сервер, передавший страницу, сообщает браузеру, который её принял и вывел на экран.

STX / ETX (протокол ASCII)

Помните вышеприведённую конструкцию? Повторим её ещё раз:

Сокращения STX и ETX обычно используются для обозначения управляющих символов ASCII. У них нет графического представления, они не могут быть выведены на экран, поэтому там, где они используются, обычно применяют их сокращённые наименования. На практике они заменяются на соответствующие ASCII-символы. А именно, STX заменяется на ASCII-символ с кодом 0x02, а ETX — на символ с кодом 0x03.

В записи кодов управляющих символов использована конструкция 0x. Она указывает на применение шестнадцатеричных кодов. Например, 0x01 — это, в десятичном представлении, 1, а в двоичном — 00000001. 0x10 — это 16 в десятичном представлении и 00010000 в двоичном.

С помощью управляющих символов STX (Start of TeXt, начало текста) и ETX (End of TeXt, конец текста) можно сформировать простой пакет, в который упаковываются пользовательские данные. В таком пакете, помимо признаков начала и конца текста, присутствует контрольная сумма (checksum), которая позволяет организовать надёжную передачу данных. Возможно, вы видели подобные конструкции в коде, предназначенном для обмена данными с некими устройствами по сети или через порт RS232.

Пример кода: отправка ASCII-команд через TCP/IP

Исходя из предположения о том, что у нас уже имеется установленное сетевое соединение, нам, для организации обмена данными между программами, нужно всего лишь отправить по этому соединению соответствующую строку. При этом, например, символ STX будет представлен в виде ‘\x02’, а передача H — в виде ‘\x02H\x04’.

ASCII-команды можно отправлять с использованием различных каналов связи. В моём примере будет использован TCP-канал. Пример написан на C# (мы рассмотрим и JavaScript-пример, рассчитанный на платформу Node.js). Этот код будет понятен и тем, кто знает Java.

▍Обзор проекта

Итак, мы будем разрабатывать простое клиент-серверное TCP-приложение.

Клиент может быть чем угодно — устройством, Linux-процессом, консольным приложением .NET Core (в нашем случае используется именно такой клиент).

То же самое касается и сервера. Сервером может быть некое промышленное устройство, или, скажем, марсоход. Помните, как я говорил о том, что ASCII — это единственный формат, понятный всем существующим земным компьютерам? Это относится и к компьютерам, находящимся на Марсе. Наш сервер, правда, не имеет отношения к Марсу. Он будет представлен ещё одним консольным приложением .NET Core.

Вот пример выходных данных, генерируемых в ходе работы нашей клиент-серверной системы.

Пример работы клиент-серверной системы

▍И что всё это значит?

Если вы задались вопросом, который вынесен в заголовок этого раздела — знайте, что меня это порадовало. Сейчас я всё это объясню, прибегнув к фрагментам кода моего приложения. Его полную версию, с которой вы можете поэкспериментировать самостоятельно, можно найти в этом репозитории на GitHub.

Для начала взглянем на структуру проекта. Здесь у меня имеются два .NET Core-приложения. Одно из них — это TCP-клиент, а второе — TCP-сервер. Тут, кроме того, используются некоторые стандартные библиотеки.

Структура проекта

▍TCP-клиент

AsciiDemo.TestApp — это наш TCP-клиент. Вот его код (файл Program.cs ):

Код класса Program

Метод Main является точкой входа в приложение.

Код метода Main

Этот код устроен очень просто, но если у вас есть по нему вопросы — можете задать их мне. Здесь мы сначала подготавливаем некоторые команды, используя кодировку ASCII, затем преобразуем их в байты и отправляем по сети TCP-серверу. Тут же мы выводим сообщения в консоль.

Сеанс связи с точки зрения клиента

Обратите внимание на то, что мы получаем от сервера подтверждения (ACK/NAK) о получении данных (об этом мы поговорим ниже). В результате оказывается, что наш TCP-клиент может не только отправлять команды серверу, но и получать от сервера ответы.

В консоли можно видеть некоторые необычные символы. Это — визуальные представления управляющих символов, о которых мы говорили выше.

Вот код метода BuildCommand , который используется для составления команд с использованием ASCII.

Код метода BuildCommand

Я не рассматривают тут код метода TCP-клиента SendCommand , так как в нём нет ничего особенного. Это — обычный сетевой C#-код, подобный тому, который используется на сервере. Вы, в любом случае, можете сами посмотреть этот код, обратившись к репозиторию проекта.

▍TCP-сервер

AsciiDemo.TCPListenerApp — это простейший TCP-сервер. Он прослушивает заданный порт, ожидая поступления команд. После получения команды он просто выводит её в консоль (если подобные команды используются для управления неким устройством — оно может, например, выключиться, или прочесть показания некоего датчика), а затем отправляет ответ. В данном случае выполняется отправка ответов ACK или NAK, имитирующих, соответственно, успешное или неудачное выполнение команды. Если нужно — можно организовать любую другую реакцию сервера на подобные команды.

Вот как выглядит то, что выводит в консоль сервер.

Сеанс связи с точки зрения сервера

Как видно, каждый раз, получая команду от клиента, сервер выводит её в консоль, а после этого отправляет клиенту ACK или NAK. То, что происходит в это время на клиенте, мы уже видели.

Вот код метода Main TCP-сервера:

Код метода Main

Тут всё устроено очень просто. Сначала мы запускаем сервер на заданном IP-адресе и порте, а потом сервер, в соответствующем цикле, ждёт поступления данных. Вот код этого цикла.

Цикл, используемый в работе сервера

В этом цикле, при наличии соединения, выполняется чтение байтов данных с помощью NetworkStream .

Байты мы преобразуем в ASCII-символы, выводим их в консоль, а после этого отправляем клиенту байты, соответствующие кодам управляющих символов ACK или NAK.

Получение данных от клиента и отправка ему ответа

▍Node.js-реализация клиента

Как уже было сказано, подобный функционал можно реализовать и с использованием других языков программирования. Вот, например, вариант реализации простого TCP-клиента для платформы Node.js.

TCP-клиент для Node.js

Попробуем организовать взаимодействие Node.js-клиента с нашим .NET Core-сервером.

Вот что выведет в консоль клиент.

Сеанс связи с точки зрения Node.js-клиента

Клиент подключается к серверу, отправляет ему две команды и выводит ACK/NAK-ответы сервера.

А вот как подобный сеанс связи выглядит с точки зрения .NET Core-сервера.

Сеанс связи с точки зрения .NET Core-сервера

Сервер получает команды от клиента и отправляет ему ответы.

Итоги

Полагаю, что ASCII — это просто потрясающе. Это простая и мощная кодировка, на основе которой несложно создавать коммуникационные протоколы. И она будет актуальна до тех пор, пока люди общаются, используя буквы и цифры.

Использование ASCII при составлении команд и запросов восходит к временам ранних мейнфреймов IBM, при работе с которыми применялись терминалы. Оператор вводил на терминале команды и нажимал на клавишу Return для отправки их компьютеру. Все взаимодействия с этими компьютерами, так как работали с ними люди, были основаны на стандартном ASCII.

Везде, где используется некая маркировка чего-либо, применяется ASCII. Например, каждый сканер штрих-кодов, в сущности, работает с последовательностями ASCII-символов. Эти символы где-то хранятся, их нужно распечатывать, иногда их надо преобразовывать в числовые данные.

Даже сегодня, когда в нашем распоряжении имеются современные протоколы для промышленных устройств, ASCII не теряет актуальности. И так будет ещё очень и очень долго.

Приходилось ли вам создавать собственные реализации протоколов, основанных на ASCII и применяемых для обмена данными с некими устройствами?