在计算机中,负数以其正值的补码形式表达。
什么叫补码呢?这得从原码,反码说起。
原码:一个整数,按照绝对值大小转换成的二进制数,称为原码。
比如
00000000
00000000
00000000
00000101
是
5的
原码。
反码:将二进制数按位取反,所得的新二进制数称为原二进制数的反码。
取反操作指:原为1,得0;原为0,得1。(1变0;
0变1)
比如:将00000000
00000000
00000000
00000101每一位取反,
得11111111
11111111
11111111
11111010。
称:
11111111
11111111
11111111
11111010
是
00000000
00000000
00000000
00000101
的反码。
反码是相互的,所以也可称:
11111111
11111111
11111111
11111010
和
00000000
00000000
00000000
00000101
互为反码。
补码:反码加1称为补码。
也就是说,要得到一个数的补码,先得到反码,然后将反码加上1,所得数称为补码。
比如:
00000000
00000000
00000000
00000101
的反码是:
11111111
11111111
11111111
11111010。
那么,补码为:
11111111
11111111
11111111
11111010
+
1
=
11111111
11111111
11111111
11111011
所以,-5
在计算机中表达为:
11111111
11111111
11111111
11111011。转换为十六进制:0xfffffffb。
再举一例,我们来看整数-1在计算机中如何表示。
假设这也是一个int类型,那么:
1、先取1的原码:00000000
00000000
00000000
00000001
2、得反码:
11111111
11111111
11111111
11111110
3、得补码:
11111111
11111111
11111111
11111111
可见,-1在计算机里用二进制表达就是全1。16进制为:0xffffff。
128=10000000
按位取反:01111111
加1
:10000000
没有溢出,因为没有别的数用10000000来表示。这都是定义好的,记住就是了
人为计算机规定的。
补码
等于
反码
+
1
0
的原码是
0x
0000
0000
因此反码是
0x
ffff
ffff
你对反码加1,会发现有变成了
0x0000
0000
因此
补码
和原码都是
0x
0000
0000
+0 和-0 的补码?
求原码反码补码,都是针对【数值】进行的。
要知道,天下只有一个零。这可是小学生都知道的知识。
所以,数值,只有正数、负数、零。
根本就没有正零负零。
但是,大佬却在原码反码中都编了代码。他们这是想“上天”哪!
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零的原码,有两个代码:
[+0]原码 = 0000 0000、[-0]原码 = 1000 0000。
反码,不甘落后,也是有两个代码:
[+0]反码 = 0000 0000、[-0]反码 = 1111 1111。
在这两种代码中,都是重复定义了“零的编码”,这就造成了混乱。
直接就导致了,这两种代码(原码、反码)无法使用。
而且,由于零多占用了一组代码,那么,所能表示的数字,必然就少一个。
如八位的原码反码,都不能表示-128。
【因此,用“取反加一”来求 0 和-128 补码,都是不可能的!】
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在计算机系统中,数值,一律采用补码来表示和存储。
原码反码呢? 抱歉了,由于它们自身的混乱,就无法使用它们。
补码的理论,来源于数学的规律,并非是人为的胡编乱造。
所以,补码中,就没有违规的正负零。
零,在补码中,只用唯一的一组代码来表示,这就不会产生混乱。
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那么,0 和-128 的补码,究竟都是怎么求出来的?
补码,有自己的定义式,与原码反码,并无任何关系。
当 X >= 0: [ X ]补码 = X;
当 X < 0: [ X ]补码 = X + 2^n, n 是补码的位数。
这定义式,是由数学理论推导出来的,要比胡说八道的“取反加一”更准确严密。
按照定义式,0 和-128 的八位补码,如下:
[ 0 ]补码 = 0000 0000。
[-128]补码 = -128 + 2^8 = 128 = 1000 0000 (二进制)。
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-128,如果用“取反加一”,可就难办了。
因为,-128 并没有原码和反码,拿什么取反、拿什么加一!
零的补码,按照“取反加一”,也将是“负零的反码+1”。
那么,[-0]补码=0000 0000,符号位是正的!
负零的符号位,却是 0 ! 这也是无法解释的结果。
“补码”,是计算机进行正负数计算时,唯一使用的“代码”。
原码和反码,都没有计算功能。因此,在计算机中,原码和反码根本就不存在。
所以,琢磨原码和反码,都是毫无意义的想法和做法。
其实,所谓的“补码”,也并不是“什么码”,而是完全正常的数值。
计算机使用二进制数。 这些二进制数,既没有小数点,也不存在什么“符号位”。
八位数的范围是:0000 0000 ~ 1111 1111。 所以,这些数,都是正整数。
对应十进制数是:0 ~ 255。 计算机专业则称之为:无符号数。
两个八位二进制数相加,可能会出现进位。进位值则是:2^8 = 256。
随便找两个二进制数做加法,列出竖式如下:
图中的无符号数加法运算,就出现了进位(2^8 = 256)。
如果算上进位,和,就是 256 + 26 = 282,加法运算正确!
如果忽略(或舍弃)了进位,就是减去了 256,和,就只剩下 26 了。
那么,加上 255,再减 256,此时的加法,就变成了减法运算!
此时的运算结果,则是:27 - 1 = 26。 减法运算正确!
此时的“无符号数”255,就是“有符号数”的-1 !
于是,计算机专家就将 255 (1111 1111),称为:-1 的补码。
同理:254 (1111 1110),就是-2 的补码;
。。。 。。。
最后,128 (1000 0000),就是-128 的补码。
这就是说:255 ~ 128,在舍弃进位之后,它们就等于:-1 ~-128 !
计算机专业教材中给出了求负数补码的公式:[ X ]补 = 2^n + X。
这个公式,正是体现了上述的相等关系。
看清了吗?
“补码”就是这么来的。 “补码”与“原码反码取反加一”,毫无关系!
例如:-31 的八位补码,是什么?
解:[ -31 ]补 = 256-31 = 225 = 1110 0001 (二进制)。 完事!
那么,127 还能不能当做负数呢? 不能!
因为,127 (0111 1111) 的最高位是 0。相加后,进位只能是 0。
即使舍弃进位 0,127,也不能表现出负数的特点。
所以,0 ~ 127,这 128 个无符号数,就只能当做它们自己了。
因此,计算机专业教材中零和正数补码的公式,就是:[ X ]补 = X。
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看明白上述介绍,就可以理解:
所谓的“补码”,本来都是正数。 而且,也都属于“无符号数”。
无符号的“补码”,能够当成负数使用,其根源就在于【舍弃进位】。
那么,利用“补码”当做“有符号数”做加减运算,与“无符号数”的加法,算法显然是完全相同的,都是逢二进一!
因此,“有符号数(补码)”、“无符号数”,就可以【共用同一个加法器】!
利用【舍弃进位】,就实现了“两种算法(加减)”的统一、“两种数据类型”的统一。
因此,计算机,只需配置一个加法器,便可横行天下!
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原码和反码,都没有这些功能。
所以,计算机中,就无法使用原码和反码进行计算。甚至,都不保存它们。
老外的算术水平太洼了,弄不清楚进位的事。百般无奈,只好编造了:
“机器数真值有符号数符号位正零负零原码反码补码正数三码相同负数取反加一符号位不变模同余符号位也参加运算时针倒拨正拨 ... ”
这些,都是垃圾概念! 你就是把它们都背熟了、都会做了,也是啥用都没有的。
因为,所谓的“补码”,本来就是正常的数字,它根本就不是“什么码”!
当然,你如果能当上计算机老师,你就可以用这些,再去忽悠下一代学生。