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一. 机器数和真值
在学习原码, 反码和补码之前, 需要先了解机器数和真值的概念.
1.机器数
一个数在计算机中的二进制表示形式, 叫做这个数的机器数。
2.真值
机器数的实际值称为真值。
3.符号数和无符号数
符号数和无符号数是针对符号出现的两种机器数表示方法。同一个二进制数，对符号数和无符号数具有不同的含义。
符号数如： char, short ,int, long等类型的变量
无符号数如：unsigned char, unsigned short , unsigned int, unsigned long, 指针等类型的变量
4.定点数与浮点数
定点数和浮点数是针对小数点出现的两种机器数表示方法。
二. 原码, 反码, 补码的基础概念和计算方法
只有符号数才有原码, 反码, 补码
在探求为何机器要使用补码之前, 让我们先了解原码, 反码和补码的概念.对于一个数, 计算机要使用一定的编码方式进行存储. 原码, 反码, 补码是机器存储一个具体数字的一种编码方式.
1. 原码
原码就是符号位加上真值的绝对值, 即用第一位表示符号, 其余位表示值. 比如如果是8位二进制:
[+1]原 = 0000 0001
[-1]原 = 1000 0001
第一位是符号位. 因为第一位是符号位, 所以8位二进制数的取值范围就是:
[1111 1111 , 0111 1111]
即
[-127 , 127]
2. 反码
反码的表示方法是:正数的反码是其本身,负数的反码是在其原码的基础上, 符号位不变，其余各个位取反.
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反
[-1] = [10000001]原 = [11111110]反
可见如果一个反码表示的是负数, 人脑无法直观的看出来它的数值. 通常要将其转换成原码再计算.
3. 补码
补码的表示方法是:正数的补码就是其本身
负数的补码是在其原码的基础上, 符号位不变, 其余各位取反, 最后+1. (即在反码的基础上+1)
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]补
[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]补
对于负数, 补码表示方式也是人脑无法直观看出其数值的. 通常也需要转换成原码在计算其数值.
三. 为何要使用原码, 反码和补码
1.使用补码，可以将符号位和其它位统一处理；同时，减法也可按加法来处理。
2.使用补码, 不仅仅修复了0的符号以及存在两个编码的问题, 而且还能够多表示一个最低数. 这就是为什么8位二进制, 使用原码或反码表示的范围为[-127, +127], 而使用补码表示的范围为[-128, 127].
(-1) + (-127) = [1000 0001]原 + [1111 1111]原 = [1111 1111]补 + [1000 0001]补 = [1000 0000]补
-1-127的结果应该是-128, 在用补码运算的结果中, [1000 0000]补 就是-128. 但是注意因为实际上是使用以前的-0的补码来表示-128, 所以-128并没有原码和反码表示.(对-128的补码表示[1000 0000]补算出来的原码是[0000 0000]原, 这是不正确的)