二进制补码下为什么最高位是1就是一个负
“原码取反,反码加一,符号位不变”!
这只是一个方法,并不是补码的定义。
补码的来源,并不是什么原码反码符号位以及取反加一。
只学习“取反加一 ... ”,确实是【不能理解补码的意义】。
其实,补码,是一个“代替负数运算的”的正数。
借助于补码,减法,就可以用加法代替。
使用补码,就能统一加减法,从而,就能简化计算机硬件。
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正数(补码),怎么就能够代替负数呢?
用十进制来说明,比较容易理解。
如果限定【仅用 2 位 10 进制数】,看下面的算式:
24 - 1 = 23
24 + 99 = (一百) 23
要求保留 2 位数,进位,就必须忍痛舍弃了。
此时,会发现:+99 就和-1,就是完全等效的。
+99,就称为-1 的补数。
+98,是-2 的补数。
。。。
如果,使用 3 位 10 进制数,-1 的补数,就是+999 了。
求补数的公式,大家都会推导:
补数 = 负数 + 10^n, n 是位数。
式中的 10^n,是 n 位 10 进制数的计数周期。
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计算机使用 2 进制,补数,就改称为:补码。
在计算机中,CPU 的每次计算,其位数,也是限定的。
八位机,就是八位,16 位机就是 16 位。
一个字节,是 8 位 2 进制。共有 2^8 = 256 组代码。
其范围是:0000 0000~1111 1111 (十进制 255)。
此时,-1 的补码,就是 255 (1111 1111)。
同理,-2 的补码是 254 (1111 1110)。
。。。
求补码的公式,仍然和十进制雷同:
补码 = 负数 + 2^n, n 是位数。
式中的 2^n,是 n 位 2 进制数的计数周期。
只有负数,才需要用补码替换。
而正数,必须直接进行计算,不许变换。
所以,正数,就不必讨论补码的问题。
在 256 组二进制中,用 128 组来代替负数:-1~-128。
-1 的补码是:-1 + 2^8 = 255 = 1111 1111。
。。。
-128 的补码是:-128 + 2^8 = 128 = 1000 0000。
以上,就是【补码的来源,以及存在的意义】。
不详之处,大家自己再补充吧。
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由求补码的公式:补码 = 负数 + 2^n。
就可以推出“绝对值取反加一”的简便方法。
注意:
只能推出“绝对值取反加一”,也即“正数取反加一”。
并不是“原码取反加一,符号位不变”。
就是说:在求补码时,原码反码符号位,都是用不上的。
那么,“原码取反加一,符号位不变”是怎么来的? 不知道!
这些,都没有理论基础,凭空说白话而已,完全属于无稽之谈。
原码反码,都是不合理的。
一个零,却都指定了两个代码! 这么混乱,怎么能使用?
所以,计算机根本就不存在这两种代码。
特别是:-128 有八位的补码,却没有原码和反码。
那么,用“原码取反加一 ... ”,怎么可能求出补码!
二进制补码下,为什么最高位是 1 就是一个负数?
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你先看看十进制数吧,看两位数就行:0 ~ 99。
这就可以有:27 + 99 = (一百) 26,
你也可以这么做:27 - 1 = 26。
如果你忽略了进位,+99 就是-1,加法,也就完成了减法运算。
舍弃进位,就是减去 100。 由此,+99 才相当于-1 !
同理,在计算机中舍弃进位:
● 就可以用正数(即所谓的“补码”)当做负数;
● 也就能用加法,代替减法运算!
计算机中只有加法器,没有减法器,就是因为计算时,舍弃了进位。
重要问题说三遍:
* 补码的来历,是【舍弃进位】!!! *
* 补码的来历,是【舍弃进位】!!! *
* 补码的来历,是【舍弃进位】!!! *
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计算机,使用的是二进制数。
八位机使用八位数:0000 0000 ~ 1111 1111。
就相当于十进制数:0 ~ 255。
如果出现进位就是:2^8 = 256。
在这种环境中,就要用 255 (1111 1111) 当-1 了。
254 (1111 1110),就是-2 了。
。。。 。。。
128 (1000 0000),就是-128 !
以上这 128 个正数(128 ~ 255)就能代表负数(-128 ~ -1)进行计算。
以上这些正数,就是计算机专家所发明的“负数的补码”。
(补码,和符号位原码反码取反加一,神马关系都没有!)
.
那么,127 (0111 1111),能不能当负数?
不能!
它的最高位是 0,相加后,产生不了进位 1!
即使舍弃进位 0,它也不能呈现出负数的特点!
所以,0 ~ 127,都不能代表负数,只能代表它们自己。
因此,计算机专家就总结出来了:零和正数的补码,就是它们自己!
这句话,怎么有点别扭。。。
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那么,“补码的最高位 1,就是一个负数”的原因,如下。
* 能产生进位的补码,才是负数 !!! *
* 能产生进位的补码,就是负数 !!! *
* 能产生进位的补码,必定是负数 !! *
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看懂了吗? 最高位,并非是人为定义的符号位!
如果它真是符号(+、-),又怎么能参加计算呢?
而且,+99,也没有符号位啊,它怎么能当负数使用呢?
由此可知,符号位的说法,站不住脚。
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其实,所谓的补码,根本就不是神马码,它也是正常的二进制数。
利用“补码”代替正负数,进行加减计算,与“无符号数”的加法算法,是完全相同的!
那么,“有符号数”、“无符号数”,就可以【共用同一个加法器】!
这就实现了“两种类型数据”的统一、“两种算法(加减)”的统一。
原码和反码,都没有这些功能。
所以,计算机专家费尽心思创造的原码和反码,诞生后,随即就被抛弃了。
虽然,还有许多人,苦心孤诣的琢磨原码和反码的算法,但是,都没有任何成果。