总所周知,计算机内部的所有数都是以二进制的形式存在的。而二进制在计算机里又有多种编码方式——原码、反码、补码等。而在这些编码方式里面用得最多的不是最简单、最直接的原码而是补码。这是为什么呢?搞懂什么是原码、反码以及补码。


A、B、C三种相似的东西,选C而不选A和B,那么C肯定具有其他两者所没有的优势。那么补码究竟有什么优势让他备受青睐呢?下面我们具体的分析一下:


原码:
原码的特点就是编码简单直观,与真值转换非常方便。既然原码这么好,那为什么不选他而选补码呢?接下来就是不选他的关键所在,虽然原码非常的简单直观,但是当用原码表示0的时候就会出问题。0用原码表示分为+0和-0,当机器字长为8时,

[+0]原=00000000,[-0]原=10000000。

这就有问题了,同一个数却有两种表示,产生了二义性,从而给机器判断0带来了麻烦;二是用原码运算时,符号位需要单独处理,而且运算规则很复杂。例如加法运算,若两个数异号,则先要让绝对值大的数减去绝对值小的数,然后把绝对值大的数的符号付给结果。还有就是,借位操作如果用计算机硬件实现起来是很困难的。正是因为原码有这些不足之处,才促使人们研究其他的编码方法。


反码:

反码很少会被用到,他主要的用途就是作为原码与补码的一个桥梁。他和原码一样对0有两种表示方法,

[+0]反=00000000,[-0]反=11111111。

不采用反码的原因跟原码差不多,就不赘述了。


补码:

说到补码,就不得不引人另一个概念——模数。模数从屋里意义上讲是某种计量器的容量。这里我们经常举的一个例子就是钟表,其模数为12,即每到12就重新从0开始,数学上叫取模或求余(mod),java、C#和C++里用%表示求余操作。例如:

14%12=2

如果此时的正确时间为6点,而你的手表指向的是8点,如何把表调准呢?有两种方法:一把表逆时针拨两个小时;二是把表顺时针拨10个小时,即

8-2=6

(8+10)%12=6

也就是说在此模数系统里面有

8-2=8+10

这是因为2跟10对模数12互为补数。因此有一下结论:在模数系统中,A-B或A+(-B)等价于A+[B补],即

8-2/8+(-2)=8+10

我们把10叫做-2在模12下的补码。这样用补码来表示负数就可以将加减法统一成加法来运算,简化了运算的复杂程度。

采用补码进行运算有两个好处:

一个就是刚才所说的统一加减法;

二就是可以让符号位作为数值直接参加运算,而最后仍然可以得到正确的结果符号,符号位无需再单独处理。


重要知识点:

原码:


如果机器字长为n,那么一个数的原码就是用一个n位的二进制数,其中最高位为符号位:正数为0,负数为1。剩下的n-1位表示概数的绝对值。

例如: X=+101011 , [X]原= 00101011    X=-101011 , [X]原= 10101011 
位数不够的用0补全。

PS:正数的原、反、补码都一样:0的原码跟反码都有两个,因为这里0被分为+0和-0。

反码:

知道了什么是原码,那反码就更是张飞吃豆芽——小菜一碟了。知道了原码,那么你只需要具备区分0跟1的能力就可以轻松求出反码,为什么呢?因为反码就是在原码的基础上,符号位不变其他位按位取反(就是0变1,1变0)就可以了。


例如:X=-101011 , [X]原= 10101011[X]反=11010100


补码:


补码也非常的简单就是在反码的基础上按照正常的加法运算加1。(补码就是反码加1,指的是负数


例如:X=-101011 , [X]原= 10101011 ,[X]反=11010100,[X]补=11010101


PS:0的补码是唯一的,如果机器字长为8那么[0]补=00000000。

负数的补码这么记简单。
符号位不变。其他的从低位开始,指导遇见第一个1之前,什么都不变。遇见第一个1后保留这个1,以后按位取反。
例:[-7]原= 1 0000111 B
[-7]补= 1 1111001 B



移码:


移码最简单了,不管正负数,只要将其补码的符号位取反即可。


例如:X=-101011 , [X]原= 10101011 ,[X]反=11010100,[X]补=11010101,[X]移=01010101

注意:移码通常是原码加上一个偏置值得到的,设字长为n+1,只有在这个值为2^n的时候才满足和补码的那种特定关系,有些时候偏置值并不一定是2^n,比如IEEE754里浮点数的阶码,偏置值就取的是2^n-1



在定点小数中,为什么-1的补码为:1.0000?

  • 定点小数指的是纯小数,既纯小数中X(绝对值最大负数)=-(1-2^(-n)),-1超过了定点小数范围。


参考:http://blog.csdn.net/liushuijinger/article/details/7429197

http://blog.csdn.net/zz198808/article/details/7478513