位补操作符(~波浪号)是如何工作的?

为什么~2等于-3?~操作符是如何工作的?

当前回答

这里，二进制(8位)中的2是00000010，它的1的补码是11111101， 1的补数减去1得到1111110 -1 = 11111100，这里的符号是-作为第8个字符(从R到L)是1 求1的补，no。即00000011 = 3 符号是负的所以这里是-3。

其他回答

我认为对于大多数人来说，困惑的部分来自于十进制数和有符号二进制数的区别，所以让我们先澄清一下:

对于人类十进制世界: 01表示1， -01表示-1，对于计算机的二进制世界: 101是无符号的，表示5。 101的意思是(-4 + 1)，如果是有符号的数字在x位置。 | x

所以2的翻转位= ~2 = ~(010)= 101 = -4 + 1 = -3 这种混淆是由于混淆了有符号的结果(101=-3)和没有符号的结果(101=5)

正如其他人所提到的~只是翻转位(将1变为0，将0变为1)，由于使用了2的补码，您就得到了您所看到的结果。

需要补充的一点是为什么使用2的补数，这是为了对负数的运算和对正数的运算是一样的。把-3看成是要加3才能得到0的数字，你会看到这个数字是1101，记住二进制加法就像小学(十进制)加法，只是你得到2时进1，而不是10。

 1101 +
 0011 // 3
    =
10000
    =
 0000 // lose carry bit because integers have a constant number of bits.

因此1101是-3，翻转位就得到0010，也就是2。

记住，负数被存储为正数的补数。作为一个例子，这里是-2在2的补码中的表示:(8位)

1111 1110

得到它的方法是取一个数字的二进制表示，取它的补位(所有位的倒数)，然后加1。Two从0000 0010开始，通过反转位，我们得到1111 1101。加1得到上面的结果。第一个位是符号位，表示负号。

那么让我们看看如何得到~2 = -3:

这里还有两个:

0000 0010

简单地翻转所有的位，我们得到:

1111 1101

那么-3在2的补中是什么样的呢?从正3,0000 0011开始，将所有位翻转到1111 1100，并添加1位成为负值(-3)，1111 1101。

所以如果你简单地将2中的位反转，你就得到了2的-3的补表示。

补运算符(~)只是翻转位。由机器来解释这些比特。

Tl;dr ~翻转比特。结果符号就改变了。~2是负数(0b..101)。要输出一个负数红宝石打印-，则2的~2的补:-(~~2 + 1)== -(2 + 1)== 3。正数按原样输出。

有一个内部值，和它的字符串表示。对于正整数，它们基本重合:

irb(main):001:0> '%i' % 2
=> "2"
irb(main):002:0> 2
=> 2

后者相当于:

irb(main):003:0> 2.to_s
"2"

~翻转内部值的位。2 = 0b010。~2是0b..101。两个点(..)代表无限个1。由于结果的最高有效位(MSB)为1，因此结果为负数((~2)。= = true)。要输出一个负数的红宝石印-，则是二的内部补值。2的补位是通过翻转位，然后加1来计算的。0b的2的补。101等于3。是这样的:

irb(main):005:0> '%b' % 2
=> "10"
irb(main):006:0> '%b' % ~2
=> "..101"
irb(main):007:0> ~2
=> -3

总的来说，它翻转了位，从而改变了符号。为了输出一个负数，它输出-，然后~~2 + 1(~~2 == 2)。

ruby像这样输出负数的原因是，它将存储的值视为绝对值的2的补。换句话说，存储的是0b..101。它是一个负数，因此它是x的2的补，为了找到x，它是2的补0b..101。它是2的x的补，也就是x(例如~(~2 + 1)+ 1 == 2)。

如果你将~应用于一个负数，它只是翻转位(尽管如此，这改变了符号):

irb(main):008:0> '%b' % -3
=> "..101"
irb(main):009:0> '%b' % ~-3
=> "10"
irb(main):010:0> ~-3
=> 2

更令人困惑的是~0xffffff00 != 0xff(或MSB等于1的任何其他值)。让我们稍微简化一下:~0xf0 != 0x0f。这是因为它将0xf0视为正数。这是有道理的。因此，~0xf0 == 0x..f0f。结果是一个负数。0x的2的补。F0f是0xf1。所以:

irb(main):011:0> '%x' % ~0xf0
=> "..f0f"
irb(main):012:0> (~0xf0).to_s(16)
=> "-f1"

如果你不打算对结果应用位操作符，你可以考虑~作为-x - 1操作符:

irb(main):018:0> -2 - 1
=> -3
irb(main):019:0> --3 - 1
=> 2

但可以说，这并没有多大用处。

举个例子，假设你有一个8位的网络掩码(为了简单起见)，你想计算0的个数。您可以通过翻转位并调用bit_length (0x0f. bit_length)来计算它们。bit_length == 4). But ~0xf0 == 0x..F0f，所以我们要去掉不需要的部分

irb(main):014:0> '%x' % (~0xf0 & 0xff)
=> "f"
irb(main):015:0> (~0xf0 & 0xff).bit_length
=> 4

或者你可以使用XOR运算符(^):

irb(main):016:0> i = 0xf0
irb(main):017:0> '%x' % i ^ ((1 << i.bit_length) - 1)
=> "f"

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