为什么要引入数的反码和补码?
原码和反码,都是不用的。
补码的功能,类似于:
时针,倒拨 3 小时,可以用正拨 9 小时代替。
利用这种思路,计算机中的负数,也可以用正数(即补码)代替。
于是,计算机中,就没有负数了。
同时,减法运算,也都不存在了。
因此,借助于补码,就能统一加减法,从而简化计算机的硬件。
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用十进制来说明比较容易理解:
25 - 1 = 24
25 + 99 = (一百) 24。
只要忽略进位,仅保留 2 位数,+99 就能代替-1。
同理,+98 也可以代替-2。
。。。
这些正数,就是“负数的补数”。
通用的公式是:补数 = 负数 + 10^n。
n 是补数的位数。
10^n 是 n 位数的计数周期。
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计算机用二进制,补数,就改名为:补码。
一个字节,是 8 位 2 进制。
计数范围是:0000 0000~1111 1111 (十进制 255)。
计数周期是:2^8 = 256。
求负数补码的公式是:补码 = 负数 + 2^n。
那么:
-1 的补码 = -1 + 256 = 255 = 1111 1111。
-2 的补码 = -2 + 256 = 254 = 1111 1110。
。。。
正数,则必须直接参加运算,不许作任何变换。
因此,正数,它就没有补码。
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例如,7-2 = 5,用补码计算如下:
7 = 0000 0111
[-2] 补 = 1111 1110
--相加------------
得: (1) 0000 0101 = 5
舍弃了进位,结果就完全正确。
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用补码(正数)替代负数,就能把“减法转换为加法运算”。
原码和反码,都没有这种功能。所以,计算机,并不使用它们。
实际上,原码和反码,它们根本就不存在。
补码的来源,与原码反码也毫无关系。
“原码反码取反加一、符号位也能参加运算”...
这些,都没有什么理论依据。
从“取反加一”来学习补码,就弄不清楚“为什么会引入补码”。
2023-06-12 广告
可以想像一下,有个小孩子,很小,不很识数,只认识 0 ~ 99,还不会做减法。
教这样的小孩做减法,就可以告诉他:-1,可以用+99来代替。
24 - 1 = 23
24 + 99 = (1)23
忽略进位,是不是就是一样的?
那么,98,就是-2;
97,就是 -3;
……
50,就是 -50。
看明白这些,就可以理解了《补码定义式》。
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对于八位的二进制数,是 0 ~ 1111 1111(255);
255,就是 -1;
254,就是 -2;
……
128,就是-128。
这就是按照《补码定义式》,求出来的《负数的补码》。
而 0~127,按照《补码定义式》,就是《正数的补码》。
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128 ~ 255,其二进制数的最高位是1,这就被他们吹嘘成了符号位。
50~99,是在十进制数里面,也是代表负数的,他们就没有说的了。
补码理论,适用于任何的进制。你可以自己归纳出来。
比如,反转 90 度,可以用正转 270 度代替。270,有符号位吗?
钟表,倒拨 20 分,可以用正拨 40 分代替。40,有符号位吗?
符号位,是根本就不存在的。
补码,有个定义式,按照定义求补码,根本就不涉及原码、反码,也没有什么符号位。
比如: 5-3 = 2
(0000 0101)原 + (1111 1101)补
= (0000 0010)原 = 2
5-7 = -2
(0000 0101)原 + (1111 1001)补
= (1111 1110)补 = -2
优点:最简单直观。
缺点:不能直接参加运算,可能会出错。
原码来历:在机器中,只能识别二进制数字,所以所有的数字都用原码来表示。
2、 反码:可由原码得到。如果机器数是正数,则该机器数的反码与原码一样;如果机器数是负数,则该机器数的反码是对它的原码(符号位除外)各位取反而得到的。
优点:解决负数加法运算问题,将减法运算转换为加法运算,从而简化运算规则。
缺点:0的表示不唯一
反码来历:为了解决“正负相加等于0”的问题,在“原码”的基础上,人们发明了“反码”
3、 补码:可由原码得到。如果机器数是正数,则该机器数的补码与原码一样;如果机器数是负数,则该机器数的补码是对它的原码(除符号位外)各位取反,并在未位加1而得到的
优点:可以把负数直接拿来算加法。
缺点:容易忘记公式,计算错误。
补码来历:计算机里面,只有加法器,没有减法器,所有的减法运算,都必须用加法进行,用补数代替原数,可把减法转变为加法。
4、 在计算机中为什么要使用补码:由于原码和反码中,+0与-0的表示并不相同,所以计算机中一般使用补码。其实还有一个更重要的作用,就是利用高位溢出,将减法运算变成加法。