我在上一门计算机系统课程,在某种程度上,我一直在为“二的补充”而挣扎。我想了解它,但我所读到的一切并没有让我明白它的含义。我读过维基百科的文章和其他各种文章,包括我的课本。

什么是2的补数,我们如何使用它,它如何在强制转换(从有符号到无符号,反之亦然)、逐位操作和位移位操作等操作中影响数字?


当前回答

从数学的角度来看这两个补体系统是有道理的。在ten的补语中,这个想法本质上是“隔离”差异。

示例:63 - 24 = x

我们把24的补数相加,也就是(100 - 24)实际上,我们要做的就是在方程两边加100。

现在方程是:100 + 63 - 24 = x + 100,这就是为什么我们要去掉100(或10或1000或其他)。

由于必须从一长串零中减去一个数字的不方便情况,我们使用“减基数补”系统,在十进制系统中,9的补。

当我们看到一串大的9减去一个数时,我们只需要把数字倒过来。

例如:99999 - 03275 = 96724

这就是为什么在9的补数之后加1。你可能从儿时的数学中知道,9通过“偷走”1变成了10。所以基本上就是10的补位差减去1。

在二进制中,2的补数等于10的补数,而1的补数等于9的补数。主要的区别在于,我们不是试图用10的幂来分离差异(将10、100等添加到等式中),而是试图用2的幂来分离差异。

正是因为这个原因,我们把比特位颠倒。就像小数中的被减数是一串9一样,二进制中的被减数也是一串1。

例如:111111 - 101001 = 010110

因为1链比2的幂小1,它们从差值中“偷”了1,就像小数点中的9一样。

当我们使用负二进制数时,我们实际上是在说

0000 - 0101 = x

1111-0101 = 1010

1111 + 0000 - 0101 = x + 1111

为了“分离”x,我们需要加1,因为1111离10000只有1,我们去掉前导的1,因为我们只是把它加到原始的差值上。

1111 + 1 + 0000 - 0101 = x + 1111 + 1

10000 + 0000 - 0101 = x + 10000

只要两边都去掉10000就得到x,这是基本的代数。

其他回答

通过对给定数的第1个补数加1,可以求出两个补数。 假设我们要求出10101的两个补,然后求出它的一个补,也就是,在这个结果上加1,也就是,01010+1=01011,这就是最终答案。

我喜欢lavinio的回答,但变换部分增加了一些复杂性。通常情况下,可以选择在保留符号位的情况下移动位,或者不保留符号位。这是将数字处理为有符号数字(-8到7表示小块,-128到127表示字节)或全范围无符号数字(0到15表示小块,0到255表示字节)之间的选择。

两人的补足(托马斯·芬利)

我把所有位的倒数加1。编程:

  // In C++11
  int _powers[] = {
      1,
      2,
      4,
      8,
      16,
      32,
      64,
      128
  };

  int value = 3;
  int n_bits = 4;
  int twos_complement = (value ^ ( _powers[n_bits]-1)) + 1;

想象一下,你有有限数量的比特/比特/数字等等。将0定义为所有数字都为0,并自然向上计数:

00
01
02
..

最终你会溢出。

98
99
00

我们有两位数字,可以表示从0到100的所有数字。所有这些数字都是正数!假设我们也想表示负数?

我们真正拥有的是一个循环。2之前的数字是1。1之前的数字是0。0之前的数字是…99.

为了简单起见,我们设任何大于50的数都是负数。0 ~ 49代表0 ~ 49。“99”是-1,“98”是-2,…“50”是-50。

这个表示是十的补数。计算机通常使用2的补码,除了使用位而不是数字之外,它是一样的。

10的补数的好处在于加法运算可以正常进行。你不需要做任何特殊的加法和负数!

2的补码对于查找二进制值非常有用,但是我想到了一个更简洁的方法来解决这样的问题(从未见过其他人发布它):

以二进制为例:1101(假设空格“1”是符号)等于-3。

使用2的补码,我们可以这样做…翻1101到0010…加上0001 + 0010 ===>得到0011。0011的正二进制= 3。因此1101 = -3!

我意识到:

而不是所有的翻转和加法,你可以只做一个基本的方法来解决正二进制(假设0101)是(23 * 0)+(22 * 1)+(21 * 0)+(20 * 1)= 5。

用否定句做同样的概念!(稍微扭曲一下)

以1101为例:

对于第一个数字,用-(23 * 1)= -8代替23 * 1 = 8。

然后像往常一样,做-8 + (22 * 1)+ (21 * 0)+ (20 * 1)= -3