原码、反码、补码的实际应用

本文深入探讨了二进制运算的基本原理,重点介绍了补码的概念及其在加减运算中的应用。通过实例解析了正数和负数的原码、反码及补码转换过程,展示了计算机如何进行补码运算。

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这几个词都对应着二进制。
二进制都知道,不再赘述,但二进制的运算倒是奇特,最高位表示符号:0位正,1位负,最高位不参与运算。
而二进制整数最终都是以 补码 形式出现的。
在介绍二进制加减运算之前,先说几个结论:

  1. 二进制最高位——符号位
  2. 正数的原码、反码、补码都一样
  3. 负数的反码=原码符号位不变,其他位取反
  4. 负数的补码=反码+1
  5. 0的反、补码都是0
  6. 计算机是以补码方式进行运算的

其中,第2.3.4条尤为重要
来看两个例子:
122(十进制)->1111010(二进制):01111010(原)—— 01111010(反)—— 01111010(补)
-122(十进制)->-1111010(二进制):11111010(原)—— 10000101(反)—— 10000110(补)

其运算又别有一番风味:
第一种方式:
补码加法公式:x(补)+y(补)=(x+y)(补)
如:x=+1001,y=+0101,求x+y
x(补)=01001,y(补)=00101,(x+y)(补)=01110,则x+y=+1110

总之,二进制,逢二进一

补码减法公式:(x-y)(补)=x(补)-y(补)=x(补)+(-y)(补)
如:x=+1101,y=+0110,求x-y
x(补)=01101,y(补)=00110,(-y)(补)=11010,则(x-y)(补)=100111,最高位1溢出,舍去,所以 x-y=+0111

第二种方式:位移运算
这可是“别人家的开发工程师”常用的手段——高低位截取、哈希计算、乘除法运算。 右移一位表示除以2 ,十进制的奇数转化为二进制数后,在向右移时,最右边的1将被直接抹去,说明向右移对于奇数来说并非完全相当于除以2。
在左移<<和右移>>两种运算中,符号位均参与移动 ,除 负数往右移动,高位补1 之外,其他情况均在空白处补0。
对于三个大于号的>>>无符号右移( 注意不存在<<<无符号左移 ),当向右移动时,正负数高位均补0,无符号即藐视符号位,符号位失去特权,必须像其他数字一样移动,高位直接补0,不关心是整数还是负数。

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