我只是好奇,为了在二进制中表示-1,是否有一个原因,使用了2的补码:翻转位并加1?

-1由11111111(2的补码)表示,而不是(对我来说更直观)10000001,10000001是二进制1,第一位为负标志。

免责声明:我的工作不依赖二进制算术!


当前回答

2的补语允许负数和正数相加,而不需要任何特殊的逻辑。

如果你想用你的方法做1和-1相加 10000001 (1) + 00000001 (1) 你得到 10000010 (2)

相反,通过使用2的补数,我们可以相加

11111111 (1) + 00000001 (1) 你得到 00000000 (0)

减法也是如此。

同样,如果你试着用6减去4(两个正数),你可以用2补4,然后把两者相加6 + (-4)= 6 -4 = 2

这意味着正数和负数的减法和加法都可以由cpu中的同一个电路完成。

其他回答

我有一个在某些情况下很重要的小补充:在这些限制条件下,2的恭维是唯一可能的表示:

无符号数和二的补数是恒等交换环。它们之间有一个同态。 它们共享相同的表示,对负数有不同的分支切割,(因此,为什么它们之间的加法和乘法是相同的)。 高位决定符号。

要知道为什么,它有助于降低基数;例如Z_4。

星座、星等和一个人的赞美都不能形成一个具有相同数量元素的环;一个症状是双零。因此,很难在边缘上工作;为了在数学上保持一致,它们需要检查溢出或陷阱表示。

这是为了简化数字的和和和差。2的补数中一个负数和一个正数的和与正常方式的和是一样的。

A major advantage of two's-complement representation which hasn't yet been mentioned here is that the lower bits of a two's-complement sum, difference, or product are dependent only upon the corresponding bits of the operands. The reason that the 8 bit signed value for -1 is 11111111 is that subtracting any integer whose lowest 8 bits are 00000001 from any other integer whose lowest 8 bits are 0000000 will yield an integer whose lowest 8 bits are 11111111. Mathematically, the value -1 would be an infinite string of 1's, but all values within the range of a particular integer type will either be all 1's or all 0's past a certain point, so it's convenient for computers to "sign-extend" the most significant bit of a number as though it represented an infinite number of 1's or 0's.

Two's-complement is just about the only signed-number representation that works well when dealing with types larger than a binary machine's natural word size, since when performing addition or subtraction, code can fetch the lowest chunk of each operand, compute the lowest chunk of the result, and store that, then load the next chunk of each operand, compute the next chunk of the result, and store that, etc. Thus, even a processor which requires all additions and subtractions to go through a single 8-bit register can handle 32-bit signed numbers reasonably efficiently (slower than with a 32-bit register, of course, but still workable).

当使用C标准所允许的任何其他有符号表示时,结果的每一位都可能受到操作数的任何位的影响,这就需要将整个值一次保存在寄存器中,或者在计算之后进行额外的步骤,至少在某些情况下,需要读取、修改和重写结果的每个块。

尽管这个问题已经很老了,但还是让我说说我的看法。

在我解释这个之前,让我们回到基础上来。2'补码等于1'补码+ 1。 那么1的补是什么,它的加法意义是什么。

任何n位数和它的1的补数的和给出了可以用这n位表示的最大可能的数。 例子:

 0010 (2 in 4 bit system)
+1101 (1's complement of 2)
___________________________
 1111  (the highest number that we can represent by 4 bits)

现在如果我们尝试在结果中再加1会发生什么。这将导致溢出。

结果将是1 000,即0(因为我们处理的是4位数字,(左边的1是溢出)

So ,

Any n-bit number + its 1's complement = max n-bit number
Any n-bit number + its 1'complement + 1 = 0 ( as explained above, overflow will occur as we are adding 1 to max n-bit number)

于是有人决定把1的补体+ 1称为2'补体。所以上面的表述变成: 任何n位数+它的2的补= 0 也就是说2对一个数的补= -(该数的补)

所有这一切又产生了一个问题,为什么我们只能使用n位中的(n-1)来表示正数,为什么最左边的第n位表示符号(最左边的0表示+ve个数字,1表示-ve个数字)。例如,为什么我们在Java中只使用int的前31位来表示正数,如果第32位是1,它是-ve数。

 1100 (lets assume 12 in 4 bit system)
+0100(2's complement of 12)
___________________________

1 0000(结果为0,进位1溢出)

因此(n + 2'补n) = 0的方程组仍然成立。这里唯一的歧义是2对12的补码是0100,它也模糊地表示+8,而不是在2s补码系统中表示-12。

如果正数的最左边总是有一个0,这个问题就可以解决了。在这种情况下,它们的2的补位总是在最左边有一个1,我们就不会有相同的位集表示2的补位数和+ve数的模糊性。

2的补语允许负数和正数相加,而不需要任何特殊的逻辑。

如果你想用你的方法做1和-1相加 10000001 (1) + 00000001 (1) 你得到 10000010 (2)

相反,通过使用2的补数,我们可以相加

11111111 (1) + 00000001 (1) 你得到 00000000 (0)

减法也是如此。

同样,如果你试着用6减去4(两个正数),你可以用2补4,然后把两者相加6 + (-4)= 6 -4 = 2

这意味着正数和负数的减法和加法都可以由cpu中的同一个电路完成。