计算机基础之原码补码那些事

写这篇文章的目的是把零零碎碎的那些知识点都作个记录，到时候好回过头复习。

1.（1）补码概念：摘自百度https://baike.baidu.com/item/%E8%A1%A5%E7%A0%81/6854613?fr=aladdin

在计算机系统中，数值一概用补码来表示和存储。缘由在于，使用补码，能够将符号位和数值域统一处理；同时，加法和减法也能够统一处理。此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不须要额外的硬件电路。

（2）模的概念

“模”是指一个计量系统的计数范围。如时钟等。计算机也能够当作一个计量机器，它也有一个计量范围，即都存在一个“模”。

例如：在以12模的系统中，加8和减4效果是同样的，所以凡是减4运算，均可以用加8来代替。对“模”而言，8和4互为补数。实际上以12模的系统中，11和1，10和2，9和3，7和5，6和6都有这个特性。共同的特色是二者相加等于模。

https://blog.csdn.net/u013814701/article/details/63255237

https://zhidao.baidu.com/question/1239927115133880859.html

2.补码的计算：（之十进制转二级制）

（1）正整数转成二进制。要点必定必定要记住哈：除二取余，而后倒序排列，高位补零。口诀：除二取余，而后倒序排列，高位补零。

（2）负整数转换成二进制: 方法：先是将对应的正整数转换成二进制后，对二进制取反，而后对结果再加一。

（3）小数转换为二进制的方法：略

摘自：https://jingyan.baidu.com/article/597a0643614568312b5243c0.html

 

 

tip：1.原码中0有2种表示方法（正零和负零），补码中0只有一种表示方法（正零和负零的表示方法一致）

为何补码中0只有一种表示?

百度答案：楼上的说法不正确的~补码的存在是为了变减法为加法,简化了计算过程,即硬件的设计难度.首先要知道两个零是怎么来的,0包括+0和-0,在原码和反码中根据其计算公式,有两种形式,而对于补码来讲+0,真值为0,000000和-0,其真值为1,0000000补码：一个数若是为正,则它的原码、反码、补码相同；一个数若是为负,则符号位为1,其他各位是对原码取反,而后整个数加1.为了简单起见,咱们用1个字节来表示一个整数：问题：0的补码表示：
+0的补码：00000000
-0的补码：第一步：11111111 第二步+1= 1 00000000 第三部：进位1被丢弃 您明白了吗?

补数相加后不能大于模

摘自：https://www.zybang.com/question/2ded8d9f283e84dd515c8ce36da28b32.html

 2.补码加法中天然丢弃和溢出的区别

十进制数相加：(－15) + (－20) = (－35)
用补码计算，就会有天然丢弃的现象。

(－15) 补＝ 1111 0001
(－20) 补＝ 1110 1100
相加：－－－－－－－－
可得： (1)1101 1101

括号中的1，是进位，天然丢弃。

剩下的 1101 1101，就是(－35)补。

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八位的补码，能够表示十进制数－128~+127。
运算结果超出这个范围，就溢出了。

十进制数计算：(+80) + (+90) = (+170)
用补码计算，就会有溢出。

(+80) 补＝ 0101 0000
(+90) 补＝ 0101 1010
相加：－－－－－－－－
可得： (0) 1010 1010

进位是0。
剩下的 1010 1010，倒是(－86)补。

为何不是 (+170)补？
就是由于，超出范围，溢出了。

3.补码(为何按位取反再加一)：告诉你一个其实很简单的问题

   首先，阅读这篇文章的你，确定是一个在网上已经纠结了好久的读者，由于你查阅了全部你能查到的资料，而后他们都会很耐心的告诉你，补码：就是按位取反，而后加一。准确无误，毫无破绽。可是，你搜遍了全部俯拾便是并且准确无误的答案，却仍然选择来看这篇绝不起眼的文章，缘由只有一个，只由于你尚未获得你想要的东西。

             由于你想要的，不是1+1=2，而是，1+1为何等于2。固然，咱们不讨论1+1的问题。咱们讨论的，是补码。

             你已经困惑了好久，你明明知道补码就是按位取反，而后加一，可是你想知道的，不是它怎么求滴，而是，它怎来滴。固然，对于阅读这篇文章的你，既然想要知道这个答案，必定是有必定编程基础的读者，确定知道补码与有符号数与无符号数的关系（有符号数指带有正负号的数，无符号能够理解为只大于0的数），你所查阅的全部资料首先都会用一个8位的二进制数给你举例，ok，咱们也用一个8位的二进制数。

             8位二进制数，最小00000000，最大数11111111，换算十进制为0~255，固然，全部的参考资料都会这样讲，并且这也不是你想要的，但咱们必须说下去。1~255，一共255的字符，再加上最前面的0，一共256个字符。如今，咱们要用一个8位二进制数字来表示一个负数，但是二进制里没有负号，谁都知道二进制里只有0,1，再无其余符号。那么因此咱们必须用一种方式来代替正负，也就是咱们规定，固然是人规定的，而不是电脑，咱们规定这个8位的二进制数的最前面一位数来表示这个数的正负，0表明是正，1表明是负。那么当第一位是0时，咱们一共能够表示00000000~01111111这么多正数，由于第一位必须是0来表明正数；当第一位是1时，咱们一共能够表示10000000~11111111这么多负数，而后，咱们用00000000~01111111来表明0~127，那岂不是10000000~11111111表明  -0  ~  -127？？但是网上都说不能有 负0，但是我觉的没什么不妥啊，负0不仍是0 吗？10-0=10，不就是至关于10+（-0）=10吗，如今咱们不讨论正负0的问题，咱们来讨论一个小学生的问题。

             咱们如今要把00000000~11111111分红两组数，一组是正数，另外一组是负数，正数是0,1,2,3,4,5,6,7,8，… 负数是 -1，-2，-3，-4，-5，-6，-7，-8，… 那么这里就有一个小学问题，那就是1+（-1）确定要等于0，2+（-2）=0，他们是相反数，相加等于0，小学生都会。后面都是同样，那么如今咱们使用上面的编码的方式进行一个计算，如今上面的编码中 1 对应的二进制是00000001，-1对应的二进制是10000001，而后你把这俩二进制数加起来，看看等于几，对，答案是10000010，不是00000000，也不是10000000,  10000010在上面的编码中表明 -2，00000000和10000000都在上面表明0，但是结果并非他们。而00000001与10000001分别对应着1和-1，加起来理论的结果应该是0才对，也就是说上面的编码是错误的。

            或许接下来不少资料又讨论了反码，可是咱们不，咱们来求一个一元一次函数，一个小学的函数，1+x=0,求x=？,答：-1。没错，并且准确无误。那么如今问题来了，前面的正数编码应该是没有错的，00000000表明0,  00000001表明1，这些都符合咱们的习惯，那么出错的是在后面的负数编码上，咱们到底该如何编码对应负数编码它才能正确呢，由于咱们知道1+（-1）必须等于0，也就是他们对应的二进制相加也必须等于0，1对应00000001，那么00000001+x=00000000，里面的x就应该代替 -1的二进制编码才对，这样，咱们获得 x=11111111，你们看一下这和按位取反，而后加一的结果同样吗。

           因此咱们的结论是，一个正数对应的负数（也就是俩相反数），这两个数的二进制编码加起来必须等于0才对，因此咱们只要知道其中一个数的编码x，而后用0-x就是他对应的数的编码，这样的话，从0~127，咱们用（0 - 其中一个二进制数的编码）=（另外一个二进制数的编码），例如 2 的二进制编码是00000010，那么-2 的二进制编码就是0 - 00000010=11111110，由于他就应该这样，由于它就是一个小学问题，他俩加起来就应该等于0。那么1000000对应的编码是多少呢，固然也必须知足加起来等于0才行，那么10000000+x=0，求解x，答x=10000000，仍是它自己，也就是在00000000~11111111这个范围里全部的二进制数都没法知足它，也就是没有一个数加上它等于0，可是两个数要有对应的编码，就必须加起来等于0才行，其实不止它没有，0也没有，0+x=0，那么x=0，也是它自己，既然这样了，那么也没有办法了，迫不得已只能作单身汉了，而后咱们规定，既然10000000第一位是1，表明负数，那么咱们规定它是一个负数，那么10000000就代替了-128，并且，它只本身一我的，也就是只有-128，没有正数128。

         而后，他们每一个数都有了本身对应的编码，并且准确无误。1~127对应-1~ -127，再加上两个单身汉0和-128。而后呢，不知道谁起的名字，就把这种编码叫作了补码，若是你乐意，你也能够给它起个名字。可是呢，还有一个问题，为何补码的求法是按位取反再加一呢，其实当你不明白为何各大书籍都要用按位取反来计算补码的时候，咱们彻底能够直接用0减去它就获得他相反数的二进制编码了，譬如随便一个十六进制数 6C ，那么咱们能够直接0-6C就获得他的相反数的补码了，结果为十六进制的94，跟按位取反再加一的效果同样。

         如今咱们知道补码是怎么来的了，也就是为了保证两个相反数对应二进制的和必须是0，而后又不知道谁给它起了补码这个名字。补码补码，有没有感受两个相反数是互补的呢，也就是任意两个相反数加起来必定等0，其中一个数变大，另外一个就必定会变小互补保证结果为0。可是你确定还在纠结，为啥要按位取反，为啥还要加一呢。其实，这涉及到一个二进制减法的问题，你既然知道补码这个概念，就必定会知道有进位丢失这么个东西。如今咱们知道了补码是怎么来的，也就是（00000000 - 其中一个正数的补码）=（这个数相反数的补码），那么咱们知道了1的二进制是00000001，那么咱们来求-1的补码，也就是应该00000000 - 00000001=？，咱们该怎么计算这个二进制减法呢，并且仍是一个小数减去大数，连借位都没地方借，前面咱们提到进位丢失这个东西，那么咱们来计算一个算式，11111111+00000001=？知道进位丢失的你，确定知道加起来后等于00000000，虽然结果应该是100000000（后面是8个0），可是只能有8位，因此最高位的1丢失了，那么如今好了，也就是说，咱们能够把00000000看作（11111111+00000001）由于他俩是相等的，咱们已经计算过的了，那么咱们如今就能够把前面讲的公式中的00000000换成（11111111+00000001），也就是咱们要计算-1的补码，咱们就0-1的编码，也就是00000000-00000001，也就是（11111111+00000001）-00000001=(-1的补码)，这个算式我觉的你应该会计算了，大数减少数，到如今，或许你如今已经发现什么了，是的，你发现了以前一直迷惑你的一个东西，“按位取反再加一”，可是可能还有一点迷惑，咱们继续，由于咱们每次都是用一个0减去一个数的补码来获得另外一个数的补码，也就是里面的（11111111+00000001）是不变的，由于它就是0，那么咱们如今要求一个数的补码，就是（11111111+00000001）- 一个数的补码=它相反数的补码，我们把括号去掉，也就是11111111 - 一个数的补码+00000001=它相反数的补码，这是加法交换法则，只是把位置交换一下，小学生都会的，而后呢再加个括号方便咱们理解，也就是（1111111 - 一个数的补码）+00000001=它相反数的补码。好了，问题来了，（11111111 - 一个数的补码）的结果是什么，这个你内心应该是清楚的，你也能够算一下，它正好的等于它的反码，也就是按位取反的一个数，其实也好理解，你减几个数就看见规律了，描述好麻烦，如今好了，也就是（11111111 - 一个数的补码）=这个数的反码，也就是（11111111 - 一个数的补码）=把这个数按位取反，到如今，你应该你已经很清楚他是怎么来的了。

         那么咱们如今就能够把公式写成这样，（11111111 - 一个数的补码）+00000001=它相反数的补码，如今咱们知道了（11111111 - 一个数的补码）=把这个数按位取反，而后把公式里的（11111111 - 一个数的补码）换成 “按位取反”，也就是 （按位取反）+000000001=它相反数的补码，如今，按位取反，再加一，就终于出来了，这就是各大书籍资料所讲的，补码=按位取反+1..。好了，真相大白

         本文章属我的领悟，错误必有，不吝赐教

 

                                                                                                                                                                                         2014-圣诞节平安夜-12.24