带符号数,有三种表示方法,即:原码、反码和补码。
但是,在计算机系统中,数值一律用【补码】来表示和存储。
所以,在计算机系统中,原码和反码,都是不存在的。
使用补码的意义:可以把减法或负数,转换为加法运算。
因此,就能简化计算机的硬件。
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补码的概念,来自于:补数。
比如钟表,时针转一圈,周期是 12 小时。
那么,倒拨 3 小时,可以用正拨 9 小时代替。
9,就是-3 的补数。 计算方法: 9 = 12-3。
同理,分针倒拨 X 分,可以用正拨(60-X) 代替。
60,是分针的周期。
同理,三角函数的周期是 2π。 那么,
在-π/2 处,就与 +3π/2 处 的函数值相同。
算法: +3π/2 = 2π -π/2。
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如果你使用两位十进制数:0~99,周期就是一百。
那么,减一,就可以用 +99 代替。
24-1 = 23
24 + 99 = (1) 23
舍弃进位,这两种算法,功能就是相同的。
于是,99 就是 -1 的补数。
算法: 补数 = 周期(一百) + 负数
其它负数的补数,都可以按这公式求出来。
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计算机中使用二进制,补数,就改称为【补码】。
八位二进制是:0000 0000~1111 1111。
相当于十进制:0~255, 周期就是 256。
那么,-1,就可以用 255 = 1111 1111 代替。
所以:-1 的补码,就是 1111 1111 = 255。
同理:-2 的补码,就是 1111 1110 = 254。
继续:-3 的补码,就是 1111 1101 = 253。
。。。
最后:-128 的补码,就是 1000 0000 = 128。
负数补码的计算公式:【 256 + 这个负数 】。
(式中的 256 = 2^8,是八位二进制的周期。)
正数,并不存在补码的问题。
所以,正数,并没有补码,可以直接运算。
(也有人乱说:正数本身就是补码。)
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计算: 7-3 = 4。
计算机中,并没有减法器,必须改用补码相加。
列竖式如下:
7 =0000 0111
-3的补码=1111 1101
--相加-------------
得: (1) 0000 0100 = 4
舍弃进位,只保留八位,结果就完全正确。
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借助于补码,可以简化计算机的硬件。
原码和反码,都没有这种功能。
所以,在计算机中,根本就没有原码和反码。
求一个数的补码,也用不到它们。
它们都是什么? 管它呢!
补码,其实,就是一个【代替负数进行运算】的正数。
用补码代替负数之后,计算机中,就不存在负数了。
随之而来的是,计算机中,也就没有减法运算了。
即:借助于补码,能够简化运算。也就可以简化硬件。
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补码(一个正数),怎么就能“代替负数”呢?
且看 2 位 10 进制的运算:
28 - 1 = 27
28 + 99 = (一百) 27
只要忽略进位(10^2),+99 和-1 的功能,就是相同的。
此时,就称 +99 是-1 的补数。
同理,+98 就是-2 的补数。
。。。
求补数的计算公式,你也可以推导出来:
补数 = 负数 + 10^n, n 是补数的位数。
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计算机用二进制,补数,改称为:补码。
对于 8 位 2 进制来说,应按照如下公式来求补码:
计算公式: 补码= 负数 + 2^n, n 是补码的位数。
8 位 2 进制,总共可以构成 2^8 = 256 组补码。
其中,包括有 128 个负数的补码。
如下:
[-1]补 = 2^8-1 = 255 = 1111 1111 (二进制)。
[-2]补 = 2^8-2 = 254 = 1111 1110 (二进制)。
。。。
[-128]补 = 256-128 = 128 = 1000 0000。
正数,不可变换,必须直接参加运算。
所以,正数,不存在补码。
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原码和反码,都没有简化硬件的功能。
所以,计算机中,只用补码,根本就不用原码和反码。
求补码,千万不要走“原码反码符号位取反加一”这条路。
否则,你就不会知道: 何? 为? 补? 码?
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用八位补码计算:7-5 = 2。
7 = 0000 0111
[-5]补 = 1111 1011
--相加------------
(1) 0000 0010 = 2
进位,是超出 8 位的,舍弃即可。
由此次计算,也可以看到:
使用了补码,减法,就转换成了加法。
原码反码,都没有这种功能。
所以,计算机中,根本就没有它们的影子。
正数反码即原码。负数反码为原码各位取反即(0变1,1变0)
正数补码即原码。负数补码即反码加一。