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负数在计算机中如何表示？
举例来说，+8在计算机中表示为二进制的1000，那么-8怎么表示呢？
很容易想到，可以将一个二进制位（bit）专门规定为符号位，它等于0时就表示


正数，等于1时就表示负数。比如，在8位机中，规定每个字节的最高位为符号位
。那么，+8就是00001000，而-8则是10001000。
但是，随便找一本《计算机原理》，都会告诉你，实际上，计算机内部采用2的补
码（Two's Complement）表示负数。
什么是2的补码？
它是一种数值的转换方法，要分二步完成：


第一步，每一个二进制位都取相反值，0变成1，1变成0。比如，00001000的相反


值就是11110111。


第二步，将上一步得到的值加1。11110111就变成11111000。


所以，00001000的2的补码就是11111000。也就是说，-8在计算机（8位机）中就


是用11111000表示。


不知道你怎么看，反正我觉得很奇怪，为什么要采用这么麻烦的方式表示负数，


更直觉的方式难道不好吗？


为什么要用2的补码


首先，要明确一点。计算机内部用什么方式表示负数，其实是无所谓的。只要能


够保持一一对应的关系，就可以用任意方式表示负数。所以，既然可以任意选择


，那么理应选择一种最方便的方式。


2的补码就是最方便的方式。它的便利体现在，所有的加法运算可以使用同一种电


路完成。


还是以-8作为例子。


假定有两种表示方法。一种是直觉表示法，即10001000；另一种是2的补码表示法


，即11111000。请问哪一种表示法在加法运算中更方便？


随便写一个计算式，16 + (-8) = ?


16的二进制表示是 00010000，所以用直觉表示法，加法就要写成：


　０００１００００
＋１０００１０００
－－－－－－－－－
　１００１１０００


可以看到，如果按照正常的加法规则，就会得到10011000的结果，转成十进制就


是-24。显然，这是错误的答案。也就是说，在这种情况下，正常的加法规则不适


用于正数与负数的加法，因此必须制定两套运算规则，一套用于正数加正数，还


有一套用于正数加负数。从电路上说，就是必须为加法运算做两种电路。


现在，再来看2的补码表示法。


　０００１００００
＋１１１１１０００
－－－－－－－－－
１００００１０００


可以看到，按照正常的加法规则，得到的结果是100001000。注意，这是一个9位


的二进制数。我们已经假定这是一台8位机，因此最高的第9位是一个溢出位，会


被自动舍去。所以，结果就变成了00001000，转成十进制正好是8，也就是16 +


(-8) 的正确答案。这说明了，2的补码表示法可以将加法运算规则，扩展到整个


整数集，从而用一套电路就可以实现全部整数的加法。


2的补码的本质及正确性


我们要看先一下模的概念


“模”是指一个计量系统的计数范围。如时钟等。计算机也可以看成一个计量机


器，它也有一个计量范


　　围，即都存在一个“模”。例如：


　　时钟的计量范围是0～11，模=12。


　　表示n位的计算机计量范围是0～2^(n)-1，模=2^(n)。


　　“模”实质上是计量器产生“溢出”的量，它的值在计量器上表示不出来，


计量器上只能表示出模的


　　余数。任何有模的计量器，均可化减法为加法运算。


　　例如： 假设当前时针指向10点，而准确时间是6点，调整时间可有以下两种


拨法：


　　你可以往回拨4个小时，也可以向前拨8个小时（12-10+6，在钟表系统里模是


12）


　　在以12模的系统中，加8和减4效果是一样的，因此凡是减4运算，都可以用加


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。共同的特点是两者相加等于模。


　　对于计算机，其概念和方法完全一样。n位计算机，设n=8， 所能表示的最大


数是11111111，若再


　　加1称为100000000(9位)，但因只有8位，最高位1自然丢失。又回了00000000


，所以8位二进制系统的


　　模为2^8。 在这样的系统中减法问题也可以化成加法问题，只需把减数用相


应的补数表示就可以


　　了。


       再次重申一下这句话：


      在以12模的系统中，加8和减4效果是一样的，因此凡是减4运算，都可以用


加8来代替。      


      所以对于模为10000 0000的8位系统来说，减去b和加上10000 0000-b是一


个道理，而（10000 0000-b）是什么？恰好就是b的补码


补码怎么求，“取反加一”这口诀怎么来的？


承认了8 - 5 = 8 + （-5的补码）这个事实后，我们来看-5的补码怎么求，“取


反加一”怎么来的


其实看完了上面的模的问题，该问题的答案基本已经出来了


-5的补码是 10000 0000 - 5 = 1111 1111 + 1 -5 = （1111 1111 - 5） + 1


1111 1111减去一个数事实上就是在对这个数取反，后面那个是+1


两个小问题的解释：


(1)


32位系统里，int的最大值为01111111 11111111 11111111 11111111，加1之后为


10000000   00000000   00000000   00000000。这个数是什么？


首先这是个负数-->负数在计算器里都是补码形式存放-->这是个补码-->那么真值


是？--> -2147483648（已知负数的补码求该负数，不会求的百度一下吧。。。）


(2)


对于unsigned，最大值（32个1）加1后最前面的1自然丢失，剩下32个0，所以就


是0。


结束。

版权问题 告我也没有办法 貌似是360doc