原码反码补码的概念,以及原码反码的表示形式

本文详细介绍了计算机中数字的原码、反码和补码表示法。原码设有符号位,正数为0,负数为1。反码是负数求补码的过渡形式,正数不变,负数除符号位外其余取反。补码则是正数不变,负数在其反码基础上加1。以32位int类型为例,展示了数字6和-6的原码、反码和补码表示。总结了有符号数的特征,强调计算机内部使用补码存储数据。

本文主要讲解计算机的原码, 反码和补码.的概念,以及原码反码的表示形式,以及原码反码补码之前如何相互转换,还有计算机中数字是怎么样存储的。

原码:

        假设机器字长为n,原码(自然二进制码)是一种计算机中对数字的二进制定点表示方法。原码表示法在数值前面增加了一位符号位(即最高位为符号位):正数该位为0,负数该位为1(0有两种表示:+0和-0),其余位表示数值的大小。

反码:

        反码通常是用来由原码求补码或者由补码求原码的过渡码。在原码的基础上,正数的补码反码是其本身,负数的反码是符号位保持不变,其余位取反。

补码:

        正数的补码是其本身,负数的补码是在其反码的基础上+1。

比如数字6:

        原码:00000000 00000000 00000000 00000110

        反码:00000000 00000000 00000000 00000110

        补码:00000000 00000000 00000000 00000110

比如数字-6:

        原码:10000000 00000000 00000000 00000110

        反码:11111111 11111111 11111111 11111001  (符

### 原码反码补码的概念 #### 什么是原码原码是一种最简单的机器数表示方法,它通过在二进制数前增加一位符号位来区分正负数。对于正数,符号位为`0`;对于负数,符号位为`1`。例如,`+5`的原码为`00000101`,而`-5`的原码为`10000101`[^2]。 然而,原码存在一些缺点: 1. 它有两个不同的零值——`+0`(即`00000000`)和`-0`(即`10000000`),这会引发不必要的混淆。 2. 符号位无法直接参与到算术运算中,导致加减法操作变得复杂[^3]。 --- #### 什么是反码? 为了改进原码中的不足之处,提出了反码的概念反码的设计目标之一是简化加减法运算过程。具体来说: - 对于正数,其反码与其原码完全一致; - 对于负数,则将其原码除符号位以外的部分按位取反得到反码。 举例而言: - `+5` 的反码仍然是 `00000101`; - `-5` 的反码则变为 `11111010` (即将 `10000101` 中除了第一位之外的所有比特翻转)[^1]。 尽管如此,采用反码仍然未能彻底解决问题,因为在某些情况下仍会出现异常的结果,比如 `(1)10 - (1)10 = (-0)` 这种不合理的情况[^2]。 --- #### 什么是补码? 最终,为了克服上述两种编码方式中存在的局限性,引入了更为完善的 **补码** 表示形式。以下是关于补码的一些重要特性及其定义规则: - 正数的补码等于它的原码以及反码; - 负数的补码可以通过对其反码再加一获得。 举几个例子来看一下实际应用效果如何: - 如果还是考虑数字 `+5` 和 `-5` ,那么它们对应的补码分别是 `00000101` 和 `11111011` 。注意这里 `-5` 是由之前提到过的反码 `11111010` 加上 `1` 得来的结果。 这种机制有效消除了双零现象,并使得所有的基本四则运算都可以统一成加法规则处理,极大地提高了硬件电路设计效率与可靠性[^1]。 此外值得注意的一点在于,在八位系统里特别规定了一个特殊值用来填补原本属于 “−0”的位置 —— 即 −128 (`10000000`) 并不存在相应的原码或者反码映射关系[^3]。 --- ```python def get_complement(number, bits=8): if number >= 0: return bin(number)[2:].zfill(bits) else: mask = (1 << bits) - 1 return bin((number + (mask + 1)) & mask)[2:] print(get_complement(-5)) ``` 上面展示了一段 Python 函数用于演示获取任意给定整数基于指定长度 bit 下面所对应补码字符串的方法[^4]。 --- 相关问题
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