原码、反码、补码

博客介绍了原码、反码、补码的概念及作用。原码是原始二进制数,但存在0的两种存储方式和正负数相加结果错误的问题。反码解决了正负数相加错误,但0仍有两种表示。补码统一了0的编码,将符号位和其他位统一处理,便于计算机存储和运算。

原码、反码、补码,其存在的意义都是为了存储数据

比如存储一个字节(8位)大小的数字(char)

1.原码

就是原始的二进制数,计算机中所有的数都是以二进制(0/1)来存储

1、站在用户的角度:数分为正数和符数,所以需要考虑到符号位的存储

2、原码规定最高位为符号位,0代表正数,1代表负数(左边为高位,右边为低位)

所以,数字以原码存储为1个字节就是:

+10000 0001

-11000 0001

+00000 0000 

-01000 0000

如此一来,左边第一位表示符号位,右边为实际的值,看起来很好理解,但是,原码存储有两个问题

1、0有两种存储方式,区分正负分(一来没必要,二来也不符合数学原则)

2、正数和负数相加,结果错误(因为计算机只会进行加法运算,没有减法运算,减一个数转化为加其负数)

用原码表示计算 1 - 1 = -2

10000 0001

-11000 0001

=: 1000 0010 = -2

显然原码表示在计算机中是有问题的。

所以为了解决这个问题,进一步有了反码

2.反码

反码表示:

1、正数的反码和原码是一样的

2、求负数原码:在原码基础上,符号位不变,其他位取反(0变1,1变0)

还是以1为例:

原码:        反码:
+10000 0001    0000 0001
-11000 0001    1111 1110
两者以反码形式相加:=  1111 1111

此时是按反码计算的,两者相加等于 1111 1111,刚好是 -0 的反码,从而解决了正负数相加错误的问题

但是0仍然有两种表示方式

为了解决这个问题,从而有了补码

注意:计算机存储数字以补码方式存储(为了解决负数的存储)

3.补码

1、对于正数,原码、反码、补码都一样

2、对于负数,其补码为他的反码加 1

3、补码符号位不动,其他位取反,最后整个数加1,得到原码

补码计算:

+1:

原码:0000 0001  反码:0000 0001  补码:0000 0001 三者一样
-1:

原码:1000 0001  反码:1111 1110  补码:1111 1111
两者补码相加:

0000 0001 + 1111 1111 = 1 0000 0000 

1 0000 0000 = -0,但是按8位存储,最高位丢弃,结果为 0000 0000,也就是 +0 的补码

如以一来,0便不区分正负,统一以 0000 0000表示,没有符号位。

从而解决了原码和反码的问题。

注意:

看到10进制数,站在用户角度,以原码角度思考问题

看到2进制、8进制、16进制数,站在计算机角度,要以补码角度思考问题

4.补充

下面数值以1字节的大小描述:

+12:0000 1100 (原码)

-12:1000  1100

原码表示虽然简单易懂,与带符号数本身转换方便,只要符号位还原即可,但当两个正数相减或不同符号数相加时,必须比较两个数那个绝对值大,才能决定谁减谁,才能确定结果是正还是负,所以原码不便于加减运算。

反码运算也不方便,主要还是为补码服务的。

在计算机系统中,数值一律用补码来存储,主要原因是:

1、统一了0的编码

2、将符号位和其他位统一处理

3、将减法运算转变为加法运算

4、两个用补码表示的数相加时,如果最高位(符号位)有进位,则进位被舍弃

转载于:https://www.cnblogs.com/jixiaohua/p/11073532.html

### 原码反码补码的概念及区别 在计算机系统中,数值的表示和运算依赖于原码反码补码这三种编码形式。它们的核心区别在于对负数的表示方式不同,并且在加减法运算中的处理逻辑也有所差异。 #### 原码 原码是最直观的二进制表示方法,其中最高位为符号位(0 表示正数,1 表示负数),其余位表示数值的绝对值。例如: - +1 的 8 位原码为 `00000001` - -1 的 8 位原码为 `10000001` 原码的优点是表示直观,但缺点是在进行加减运算时需要额外判断符号位,导致计算复杂度较高 [^1]。 #### 反码 反码是对原码的改进形式,主要用于简化补码的生成或解析过程: - 正数的反码原码相同。 - 负数的反码为符号位保持不变,其余位逐位取反(0 变 1,1 变 0)。 例如: - +1 的反码为 `00000001` - -1 的反码为 `11111110` 需要注意的是,在 8 位系统中,+0 和 -0 的反码分别为 `00000000` 和 `11111111`,这会导致两个不同的编码表示同一个数值 [^1]。 #### 补码 补码是现代计算机中最常用的数值表示方式,它解决了原码反码中存在的多个问题,尤其是简化了加减法运算的实现: - 正数的补码原码相同。 - 负数的补码反码加 1。 例如: - +1 的补码为 `00000001` - -1 的补码为 `11111111` 补码的一个重要特性是其可以表示一个比原码范围更广的数值。例如,在 8 位系统中,原码的表示范围为 -127 到 +127,而补码的表示范围为 -128 到 +127。其中 `-128` 的补码为 `10000000`,这个值没有对应的原码表示 [^2]。 #### 计算方法总结 | 类型 | 正数 | 负数 | |--------|--------------------------|--------------------------------------| | 原码 | 符号位为 0,其余为数值本身 | 符号位为 1,其余为数值的绝对值 | | 反码 | 与原码相同 | 原码符号位不变,其余位取反 | | 补码 | 与原码相同 | 反码加 1 | #### 在计算机底层的应用 补码被广泛用于计算机的底层数值存储和运算,主要原因如下: 1. **统一加减运算**:使用补码可以将减法转换为加法,从而简化硬件设计。 2. **唯一零表示**:在补码系统中,0 的表示是唯一的(全 0)。 3. **溢出处理**:补码支持模运算,因此可以自然地处理溢出情况。 例如,在 Java 中,当整数类型发生截断时,结果会自动以补码形式解释。以下代码展示了如何通过强制类型转换截断高位,得到补码表示的数值: ```java public class Main { public static void main(String[] args) { int a = 300; // 00000000 00000000 00000001 00101100 byte b = (byte)a; // 00101100 -> 44 int c = 200; // 00000000 00000000 00000000 11001000 byte d = (byte)c; // 11001000 -> -56 System.out.println(b); // 输出 44 System.out.println(d); // 输出 -56 } } ``` 上述代码表明,当高位被截断后,低位部分按照补码规则重新解释为有符号整数 [^3]。
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