【C++笔记】原码、反码、补码

本文介绍了计算机中数值的存储方式,重点讲解了原码、反码和补码的概念。通过补码,计算机可以仅使用加法实现加减运算,并解决0的符号表示以及二进制编码问题。8位二进制下,补码能表示的范围为[-128, 127]。" 124458740,13603133,Python编程练兵场:九大在线练习网站推荐,"['Python', '编程实践', '学习资源', '算法训练', '游戏编程']

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数值在计算机中是以补码的方式存储的,在探求为何计算机要使用补码之前, 让我们先了解原码, 反码和补码的概念。

  对于一个数, 计算机要使用一定的编码方式进行存储。 原码, 反码, 补码是计算机存储一个具体数字的编码方式。

  一个数在计算机中的二进制表示形式, 叫做这个数的机器数。机器数是带符号的,在计算机用一个数的最高位存放符号, 正数为0, 负数为1。比如,十进制中的数 +2 ,计算机字长为8位,转换成二进制就是[00000010]。如果是 -2 ,就是 [10000010] 。因为第一位是符号位,所以机器数的形式值就不等于真正的数值。例如上面的有符号数 [10000010],其最高位1代表负,其真正数值是 -2 而不是形式值130([10000010]转换成十进制等于130)。所以将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值。

  1. 原码就是符号位加上真值的绝对值, 即用第一位表示符号, 其余位表示值。
  2. 反码的表示方法是:正数的反码是其本身;负数的反码是在其原码的基础上, 符号位不变,其余各个位取反。
  3. 补码的表示方法是:正数的补码就是其本身;负数的补码是在其原码的基础上, 符号位不变, 其余各位取反, 最后+1。 (即在反码的基础上+1)

举例:

十进制数 原码 反码 补码
85 0101 0101 0101 0101 0101 0101
-85 1101 0101 1010 1010 1010 1011
### C++原码反码补码的概念 在C++编程语言中,数值的内部表示方式对于理解程序行为至关重要。具体来说,计算机如何处理正数和负数直接影响到算术运算的结果。 #### 原码 (Sign-Magnitude Representation) 原码是最直观的一种编码形式,在这种表示法下,最高位作为符号位来区分正负数:0代表正值;1则用于标记负值。其余各位按照绝对值大小正常排列即可[^2]。例如: - 正十进制数`+5`对应的八位二进制原码为 `0000 0101` - 负十进制数 `-5` 的八位二进制原码则是 `1000 0101` 然而,由于存在两个不同的零(`+0` 和 `-0`)以及加减法规则复杂化等问题,实际应用较少采用这种方式存储数据。 #### 反码 (One's Complement Representation) 为了简化硬件设计并解决原码中存在的问题,引入了反码概念。对于任意给定的一个n位二进制数X而言: - 如果 X 是正数,则其反码等于自身的原码; - 若 X 属于负数范畴时,先保持最左边一位不变(即保留原有的符号),再将其余各位置上的每一位都求逆得到最终结果。 继续以上述例子说明: - 对应于 `-5` ,它的反码会变成 `1111 1010` 值得注意的是,虽然这种方法解决了部分缺陷但仍不够完美——依旧有两个版本的 “0”。 #### 补码 (Two's Complement Representation) 现代计算机普遍采取补码体系来表达带符号整型变量。该方法不仅消除了双零现象还使得加法器能够统一处理加法与借位相减两种情况。针对任一 n 位有符号整数 Y : - 当Y≥0时, 它们的补码与其原码相同; - 否则(Y<0), 需要基于相应长度的最大无符号整数值 M 来构建: 即通过计算M-Y获得目标对象所对应的有效编码[^3]。 回到之前的实例上来看, - 数字 `-5` 在8-bit系统中的补码将是 `1111 1011` 此外,当涉及到具体的机器指令集架构如 x86 或 ARM 等平台时,默认情况下均是以补码的形式保存所有的 signed integer 类型的数据成员[^4]。 ```cpp #include <iostream> using namespace std; int main() { int a = -5; cout << bitset<8>(a) << endl; // 输出补码表示 } ```
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