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。

这样加法就不需要任何特殊的逻辑来处理负数了。在维基百科上查看这篇文章。

假设有两个数，2和-1。在表示数字的“直观”方式中，它们将分别为0010和1001(我坚持使用4位的大小)。两者互为补足，分别是0010和1111。现在，假设我想把它们相加。

2的补语加法非常简单。你通常加数字，任何进位在最后被丢弃。所以它们相加如下:

  0010
+ 1111
=10001
= 0001 (discard the carry)

0001是1，这是“2+(-1)”的预期结果。

但在你的“直观”方法中，添加更复杂:

  0010
+ 1001
= 1011

等于-3，对吧?简单的加法在这种情况下行不通。你需要注意，其中一个数字是负的，如果是这种情况，就使用不同的算法。

对于这种“直观的”存储方法，减法是一种不同于加法的操作，在加法之前需要对数字进行额外的检查。由于您希望最基本的操作(加法、减法等)尽可能快，因此需要以允许您使用尽可能简单的算法的方式存储数字。

此外，在“直观”存储方法中，有两个0:

0000  "zero"
1000  "negative zero"

它们直观上是相同的数字，但存储时有两个不同的值。每个应用程序都需要采取额外的步骤来确保非零值也不是负零。

以这种方式存储int型还有另一个好处，那就是当你需要扩展存储值的寄存器的宽度时。对于2的补数，在8位寄存器中存储一个4位数就是重复它的最高位:

    0001 (one, in four bits)
00000001 (one, in eight bits)
    1110 (negative two, in four bits)
11111110 (negative two, in eight bits)

这只是观察小单词的符号位，然后重复它，直到它赶上大单词的宽度。

使用你的方法，你需要清除现有的位，这是一个额外的操作，除了填充:

    0001 (one, in four bits)
00000001 (one, in eight bits)
    1010 (negative two, in four bits)
10000010 (negative two, in eight bits)

在这两种情况下，您仍然需要设置额外的4位，但在“直观”情况下，您还需要清除第5位。这是每个应用程序中最基本和最常见操作之一中的一个小小的额外步骤。

我们对加减法都只做加法运算。我们将第二个操作数与第一个操作数相加。对于减法，我们将第二个操作数的2的补数与第一个操作数相加。

对于2的补码表示，我们不需要单独的数字组件，只使用加法器和补法器。

你的目的并不是把二进制数的所有位都颠倒过来。实际上就是用1减去每一位。这只是一个幸运的巧合，1减1得0,1减0得1。所以翻转位有效地执行了这个减法。

但为什么每个数字的差值都是1呢?你不是。您的实际目的是计算给定的二进制数与另一个具有相同位数但只包含1的二进制数的差值。例如，如果您的数字是10110001，当您翻转所有这些位时，您实际上是在计算(11111111 - 10110001)。

这解释了计算二的补的第一步。现在让我们在图中加入第二步——添加1。

将上述二进制方程加1:

11111111-10110001 + 1

你得到了什么?这样的:

100000000-10110001

这是最终方程。通过执行这两个步骤，你试图找到这个，最终的区别:二进制数减去另一个二进制数，多出一位，并且除最高位外都包含零。

但我们为什么要追求这种差异呢?好吧，从现在开始，我想你最好去读维基百科的文章。

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。

用补法执行减法的优点是减少了硬件 的复杂性。不需要不同的数字电路来进行加减法运算 加法和减法只能由加法器执行。