C或C++取反操作（附代码及详解）

原创于 2025-11-14 16:33:30 发布 · 234 阅读

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取反：~ 取反

按位取反，原来的位是1，就变为0，如果是0，就变为1
原码、反码和补码
原码：最高位是符号位，0表示正数，1表示负数
反码：最高为是符号位，0表示正数，1表示负数，正数的反码是它本身，负数的反码是除了符号位以外其余各位取反反码：最高为是符号位，0表示正数，1表示负数，正数的反码是它本身，负数的反码是除了符号位以外其余各位取反@TOC
补码：最高为是符号位，0表示正数，1表示负数，正数的补码是它本身，负数的补码是反码+1
为什么需要补码操作：
例如：1 + （-1） = 0
如果使用原码来直接计算 0001 + 1001 = 1010，计算的结果是-2，这样的结果是错误的
如果使用补码来计算 0001 + 1111 = 1 0000，最高位的1直接溢出，所以结果是0000，就是0
原码和补码的转化方式
补码转原码：正数不变，负数除了符号位以外，其余各位取反+1
原码转补码：正数不变，负数除了符号位以外，其余各位取反+1
为什么10取反之后会变为-11
因为计算机中存储方式都是按照补码的形式存储的，正数的补码是它本身，负数补码等于反码+1
所以10对应的二进制是0000 1010，取反之后1111 0101，最高位是1，代表符号位，说明这个数是负数，这是补码，如果要拿到十进制的结果，必须要将其转化为原码才能看到，原码是补码取反+1得来的，所以原码除了符号位以外，各位取反+1获取：1000 1010 + 1 = 1000 1011，这个值就是-11。
C语言表示

#include <stdio.h>  // 引入标准输入输出库，用于使用printf函数打印结果

int main()
{
    // 1. 无符号字符型变量的按位取反
    unsigned char ch = 0;  // 定义无符号字符型变量ch，初始值为0
    // unsigned char是8位无符号整数（范围0~255），没有符号位，所有位都用于表示数值
    // 此时ch的8位二进制为：0000 0000（每一位都是0）

    ch = ~ch;  // 对ch进行按位取反操作（~是按位取反运算符）
    // 按位取反规则：二进制的每一位0变1，1变0
    // 原来的二进制：0000 0000
    // 取反后变为：1111 1111（8位全是1）
    // 对于无符号数，11111111转换为十进制是255（计算：128+64+32+16+8+4+2+1=255）

    printf("%d\n", ch);  // 打印ch的值，输出255


    // 2. 有符号整型变量的按位取反
    int number = 10;  // 定义有符号整型变量number，初始值为10
    // int是32位有符号整数（部分系统是64位，这里以32位为例）
    // 有符号数的最高位是符号位（0表示正数，1表示负数），其余位表示数值
    // 10的32位二进制（原码）：00000000 00000000 00000000 00001010


    number = ~number;  // 对number进行按位取反操作
    // 按位取反后，每一位0变1，1变0，结果为：
    // 11111111 11111111 11111111 11110101
    // 此时最高位是1，表示这是一个负数
    // 计算机中负数用补码表示，要得到十进制值需转换为原码：
    // 补码转原码步骤：先取反（符号位不变），再加1
    // ① 补码：11111111 11111111 11111111 11110101
    // ② 取反（符号位不变）：10000000 00000000 00000000 00001010
    // ③ 加1：10000000 00000000 00000000 00001011（即-11）


    printf("%d\n", number);  // 打印number的值，输出-11

    return 0;
}

C++

#include <iostream>
#include <bitset>  // 用于将整数转换为二进制字符串
using namespace std;

int main() {
    // 1. 无符号整数的按位取反（unsigned int）
    unsigned int u_num = 5;  // 无符号数5
    unsigned int u_result = ~u_num;  // 按位取反操作

    cout << "=== 无符号整数的按位取反 ===" << endl;
    // 用bitset<8>显示8位二进制（简化观察，实际是32/64位）
    cout << u_num << " 的二进制：" << bitset<8>(u_num) << endl;  // 00000101
    cout << "取反后二进制：" << bitset<8>(u_result) << endl;     // 11111010
    cout << "取反后的值：" << u_result << endl << endl;          // 250（8位情况下）


    // 2. 有符号整数的按位取反（int）
    int s_num = 5;  // 有符号数5
    int s_result = ~s_num;  // 按位取反操作

    cout << "=== 有符号整数的按位取反 ===" << endl;
    cout << s_num << " 的二进制：" << bitset<8>(s_num) << endl;  // 00000101（正数原码）
    cout << "取反后二进制：" << bitset<8>(s_result) << endl;     // 11111010（负数补码）
    cout << "取反后的值：" << s_result << endl;                  // -6（补码转十进制的结果）


    // 3. 特殊案例：对0进行取反
    int zero = 0;
    cout << "\n=== 对0进行按位取反 ===" << endl;
    cout << zero << " 的二进制：" << bitset<8>(zero) << endl;    // 00000000
    cout << "取反后二进制：" << bitset<8>(~zero) << endl;        // 11111111
    cout << "取反后的值（有符号）：" << ~zero << endl;            // -1（32位下是-1）
    cout << "取反后的值（无符号）：" << (unsigned int)~zero << endl;  // 4294967295（32位无符号最大值）

    return 0;
}