原码、反码、补码概念以及三者之间转换

本文深入解析了原码、反码和补码在计算机中的应用,特别关注它们的定义、转换规则以及为何在实际存储中不采用原码和反码。重点介绍了正负数的表示方式,并展示了如何从原码转换到反码和补码。

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原码、反码、补码

1、原码: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
在计算机中运算时会产生两个整数相加为负数的现象,因此在计算机存储中不会采用原码形式。
2、反码:数值位就是真值的绝对值,符号位位“0”时表示正数,符号位为“1”时表示负数,原码又称带符号的绝对值。为了方便整数和小数区别,整数的符号位与数值位之间用“,”隔开,小数的符号位与数值位之间用“.”隔开
在计算机运算时会产生正负0的现象,因此在计算机存储中不会采用反码形式。
3、补码:在计算机系统中,数值一律用补码来表示和存储。原因在于,使用补码,可以将符号位和数值域统一处理;同时,加法和减法也可以统一处理。

三者之间的转换

1、正数的原码、反码、补码完全一样,数值位相同
2、负数的反码为原码符号位1不变数值位取反
负数的补码为原码除符号位不变,数值位取反加一

### 原码反码补码转换规则 #### 1. **原码反码之间转换** - 对于正数,其原码反码相同。 - 对于负数反码可以通过将原码中的符号位保持不变,其他位按位取反来获得。 示例: - 数值 `-5` 的原码为 `10000101`(假设字长为8位),则其反码为 `11111010`[^3]。 --- #### 2. **原码补码之间转换** - 对于正数,其原码补码相同。 - 对于负数补码可通过先求得该数的反码,然后在其基础上加 1 来获取。 示例: - 继续以上述 `-5` 为例,已知其反码为 `11111010`,那么它的补码为 `11111011`[^1]。 --- #### 3. **反码补码之间转换** - 对于正数,其反码补码相同。 - 对于负数补码等于反码加 1;反之,通过将补码减去 1 即可恢复成反码。 示例: - 已知某负数补码为 `11111011`,将其减去 1 后得到反码 `11111010`[^2]。 --- #### C语言实现代码 以下是基于上述理论编写的用于完成各种编码之间相互转换的功能函数: ```c #include <stdio.h> // 将原码转为补码 int toTwosComplement(int num) { if (num >= 0) { return num; // 正数原码补码相同 } return (~(-num) + 1); // 负数原码补码 } // 将补码还原为原码 int fromTwosComplement(int num) { if ((num & 0x8000) == 0) { return num; // 补码正数时不变 } return -(~(num - 1)); // 补码负数时转原码 } // 反码补码 int onesToTwosComplement(int num) { if ((num & 0x8000) == 0) { return num; // 正数反码补码相同 } return num + 1; // 负数反码补码 } // 补码反码 int twosToOnesComplement(int num) { if ((num & 0x8000) == 0) { return num; // 正数补码反码相同 } return num - 1; // 负数补码反码 } ``` --- ### 总结 通过对不同编码形式的理解及其相互关系的学习可知,采用补码表示法能够有效解决传统原码在执行加减运算过程中遇到的一些特殊问题,比如存在两个零的情况以及无法正确处理某些边界条件等问题。因此,在现代计算机体系结构设计中广泛采用了这种机制以提高数据处理效率并减少错误发生几率。
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