补码运算结果和原（补码和原码的运算）

本文目录

• 补码和原码的运算
• 为什么用反码和补码算出来的结果再化成原码不一样
• 补码运算的结果是正数的时候得到的就是原码吗

补码和原码的运算

原码就是直接将一个数转换成2进制在加上符号位即可，反码是将原码的符号位不变，其余位全部变反，补码就是在反码的基础上加1

为什么用反码和补码算出来的结果再化成原码不一样

数在计算机中是以二进制形式表示的.
数分为有符号数和无符号数.
原码、反码、补码都是有符号定点数的表示方法.
一个有符号定点数的最高位为符号位,0是正,1是副.
以下都以8位整数为例,
原码就是这个数本身的二进制形式.
例如
0000001 就是+1
1000001 就是-1
正数的反码和补码都是和原码相同.
负数的反码是将其原码除符号位之外的各位求反
反=11111100
负数的补码是将其原码除符号位之外的各位求反之后在末位再加1.
补=11111101
一个数和它的补码是可逆的.
为什么要设立补码呢?
第一是为了能让计算机执行减法：
补=a补+（-b）补
第二个原因是为了统一正0和负0
正零：00000000
负零：10000000
这两个数其实都是0,但他们的原码却有不同的表示.
但是他们的补码是一样的,都是00000000
特别注意,如果+1之后有进位的,要一直往前进位,包括符号位!（这和反码是不同的!）
补
=反+1
=11111111+1
=(1)00000000
=00000000(最高位溢出了,符号位变成了0）
有人会问
10000000这个补码表示的哪个数的补码呢?
其实这是一个规定,这个数表示的是-128
所以n位补码能表示的范围是
-2^(n-1)到2^(n-1)-1
比n位原码能表示的数多一个
又例：
1011
原码：01011
反码：01011 //正数时,反码＝原码
补码：01011 //正数时,补码＝原码
-1011
原码：11011
反码：10100 //负数时,反码为原码取反
补码：10101 //负数时,补码为原码取反＋1
0．1101
原码：0.1101
反码：0.1101 //正数时,反码＝原码
补码：0.1101 //正数时,补码＝原码
-0．1101
原码：1.1101
反码：1.0010 //负数时,反码为原码取反
补码：1.0011 //负数时,补码为原码取反＋1
总结：
在计算机内,定点数有3种表示法：原码、反码和补码
所谓原码就是前面所介绍的二进制定点表示法,即最高位为符号位,“0”表示正,“1”表示负,其余位表示数值的大小.
反码表示法规定：正数的反码与其原码相同；负数的反码是对其原码逐位取反,但符号位除外.
补码表示法规定：正数的补码与其原码相同；负数的补码是在其反码的末位加1.
1、原码、反码和补码的表示方法
（1） 原码：在数值前直接加一符号位的表示法.
例如： 符号位 数值位
原= 0 0000111 B
原= 1 0000111 B
注意：a. 数0的原码有两种形式：
原=10000000B
b. 8位二进制原码的表示范围：-127～+127
2）反码：
正数：正数的反码与原码相同.
负数：负数的反码,符号位为“1”,数值部分按位取反.
例如： 符号位 数值位
反= 0 0000111 B
反= 1 1111000 B
注意：a. 数0的反码也有两种形式,即
反=00000000B
反=11111111B
b. 8位二进制反码的表示范围：-127～+127
3）补码的表示方法
1）模的概念：把一个计量单位称之为模或模数.例如,时钟是以12进制进行计数循环的,即以12为模.在时钟上,时针加上（正拨）12的整数位或减去（反拨）12的整数位,时针的位置不变.14点钟在舍去模12后,成为（下午）2点钟（14=14-12=2）.从0点出发逆时针拨10格即减去10小时,也可看成从0点出发顺时针拨2格（加上2小时）,即2点（0-10=-10=-10+12=2）.因此,在模12的前提下,-10可映射为+2.由此可见,对于一个模数为12的循环系统来说,加2和减10的效果是一样的；因此,在以12为模的系统中,凡是减10的运算都可以用加2来代替,这就把减法问题转化成加法问题了（注：计算机的硬件结构中只有加法器,所以大部分的运算都必须最终转换为加法）.10和2对模12而言互为补数.
同理,计算机的运算部件与寄存器都有一定字长的限制（假设字长为8）,因此它的运算也是一种模运算.当计数器计满8位也就是256个数后会产生溢出,又从头开始计数.产生溢出的量就是计数器的模,显然,8位二进制数,它的模数为28=256.在计算中,两个互补的数称为“补码”.
2）补码的表示： 正数：正数的补码和原码相同.
负数：负数的补码则是符号位为“1”,数值部分按位取反后再在末位（最低位）加1.也就是“反码+1”.
例如： 符号位 数值位
补= 0 0000111 B
补= 1 1111001 B
补码在微型机中是一种重要的编码形式,请注意：
a.采用补码后,可以方便地将减法运算转化成加法运算,运算过程得到简化.正数的补码即是它所表示的数的真值,而负数的补码的数值部份却不是它所表示的数的真值.采用补码进行运算,所得结果仍为补码.
b.与原码、反码不同,数值0的补码只有一个,即 补=00000000B.
c.若字长为8位,则补码所表示的范围为-128～+127；进行补码运算时,应注意所得结果不应超过补码所能表示数的范围.

补码运算的结果是正数的时候得到的就是原码吗

不一样
计算机中的存储系统都是用2进制储存的,对我们输入的每一个信息它都会自动转变成二进制的形式,而二进制在存储的时候就会用到原码,反码和补码
例如:输入25
原码就是:0000000000011001
反码: 1111111111100110
补码: 1111111111100111
～
数值在计算机中表示形式为机器数,计算机只能识别0和1,使用的是二进制,而在日常生活中人们使用的是十进制,"正如亚里士多德早就指出的那样,今天十进制的广泛采用,只不过我们绝大多数人生来具有10个手指头这个解剖学事实的结果.尽管在历史上手指计数(5,10进制)的实践要比二或三进制计数出现的晚."(摘自《《数学发展史》》有空大家可以看看哦~,很有意思的).为了能方便的与二进制转换,就使用了十六进制(2 4)和八进制(23).下面进入正题.
数值有正负之分,计算机就用一个数的最高位存放符号(0为正,1为负).这就是机器数的原码了.假设机器能处理的位数为8.即字长为1byte,原码能表示数值的范围为
(-127~-0 +0~127)共256个.
有了数值的表示方法就可以对数进行算术运算.但是很快就发现用带符号位的原码进行乘除运算时结果正确,而在加减运算的时候就出现了问题,如下: 假设字长为8bits
( 1 ) 10- ( 1 )10 = ( 1 )10 + ( -1 )10 = ( 0 )10
(00000001)原 + (10000001)原 = (10000010)原 = ( -2 ) 显然不正确.
因为在两个整数的加法运算中是没有问题的,于是就发现问题出现在带符号位的负数身上,对除符号位外的其余各位逐位取反就产生了反码.反码的取值空间和原码相同且一一对应. 下面是反码的减法运算:
( 1 )10 - ( 1 ) 10= ( 1 ) 10+ ( -1 ) 10= ( 0 )10
(00000001) 反+ (11111110)反 = (11111111)反 = ( -0 ) 有问题.
( 1 )10 - ( 2)10 = ( 1 )10 + ( -2 )10 = ( -1 )10
(00000001) 反+ (11111101)反 = (11111110)反 = ( -1 ) 正确
问题出现在(+0)和(-0)上,在人们的计算概念中零是没有正负之分的.(印度人首先将零作为标记并放入运算之中,包含有零号的印度数学和十进制计数对人类文明的贡献极大).
于是就引入了补码概念. 负数的补码就是对反码加一,而正数不变,正数的原码反码补码是一样的.在补码中用(-128)代替了(-0),所以补码的表示范围为:
(-128~0~127)共256个.
注意:(-128)没有相对应的原码和反码, (-128) = (10000000) 补码的加减运算如下:
( 1 ) 10- ( 1 ) 10= ( 1 )10 + ( -1 )10 = ( 0 )10
(00000001)补 + (11111111)补 = (00000000)补 = ( 0 ) 正确
( 1 ) 10- ( 2) 10= ( 1 )10 + ( -2 )10 = ( -1 )10
(00000001) 补+ (11111110) 补= (11111111)补 = ( -1 ) 正确
所以补码的设计目的是:
⑴使符号位能与有效值部分一起参加运算,从而简化运算规则.
⑵使减法运算转换为加法运算,进一步简化计算机中运算器的线路设计
所有这些转换都是在计算机的最底层进行的，而在我们使用的汇编、C等其他高级语言中使用的都是原码
参考资料：