说明：本文参考了文章《Java按位取反运算符“~”》，链接：https://blog.csdn.net/smilecall/article/details/4245447
补充：位运算符（~、&、|、^，<<、>>）都是在补码（计算机存储的形式）上操作。（原答案如下）
1.二进制数在内存中是以补码的形式存放的；补码首位是符号位，0表示此数为正数，1表示此数为负数
如：
正数9——>具有符号位的二进制原码01001（首位表示符号位）——>补码01001（(第2条会讲补码怎么来的）——>在内存中的形式0***1001（*表示无效位，其数量取决于分配的内存空间）
负数-1——>具有符号位的二进制原码11（首位表示符号位）——>补码11(第2条)——>在内存中的形式1***1（*表示无效位）
2. 正数、负数的补码是什么？
①正数的补码、反码都是其二进制本身，只是需要在首位填加0，作为符号位。
如：
正数9——>二进制01001（首位表示符号位的二进制形式）——>补码01001（不变）
②负数的反码：符号位1不变，后面有效位数全部取反（有效位是指该数的无符号二进制位，如9的有效位指1001，-1的有效位指1）；
负数的补码：其反码再加1得到，即原码通过符号位不变，且有效位按位取反再加1也可得到；
如：
负数-1——>二进制原码11——>反码10（符号位1不变，后面有效位数全部取反）
负数-1——>二进制原码11——>补码11【反码的有效位加1（此处不考虑符号）或者是原码符号位不变，有效位按位取反再加1】
3. 计算机输出内存数据方式
将内存中的补码转换成原码，进行显示；
例如：
正数9——>内存中补码0***1001——>转换成原码0***1001（不变）——>输出+9
负数-5——>内存中补码1***011——>转换成原码1***101（补码中符号位后面的有效位减1，再取反，即负数补码的逆过程）——>-5
4. 按位取反运算符“~”的原理
按位取反运算符是将内存中的补码按位取反（包括符号位）
例如：
9（在内存中以补码0***1001存放）——>按位取反操作“~”——>变成补码1***0110(这明显变成了一个负数补码，因为符号位是1)——>输出时：补码减1，再取反得到原码1***1010——>输出-10
-1（在内存中以补码1***1存放）——>按位取反操作“~”——>变成补码0***0（这明显是正数补码，因为符号位是0）——>输出时：得到原码0***0——>输出0
注：所有的取反操作、加1、减1操作，都在有效位进行；***代表的无效位，分析时不要管。