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

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。

其他回答

这是一种对负整数进行编码的聪明方法,该方法将数据类型中大约一半的位组合保留给负整数,并且将大多数负整数与其对应的正整数相加会导致进位溢出,使结果为二进制零。

因此,在2的补码中,如果1是0x0001,那么-1是0x1111,因为这将导致0x0000的组合和(溢出1)。

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。

让我们用8位的二进制形式得到答案10 - 12: 我们要做的是10 + (-12)

我们需要用12的恭维部分减去10。 12的二进制值是00001100。 10的二进制值是00001010。

为了得到12的赞美部分,我们只需要把所有的位反转,然后加1。 12的二进制反转是11110011。这也是逆码(一个人的补码)。 现在我们需要加一个,现在是11110100。

所以11110100是12的赞美!这样想很简单。

现在你可以用二进制形式来解决上面的10 - 12问题了。

00001010
11110100
-----------------
11111110  

按位补一个数就是将其中的所有位翻转。对2的补位,我们翻转所有的位,加1。

对有符号整数使用2的补码表示,我们应用2的补码操作将正数转换为负数,反之亦然。因此,以nibbles为例,0001(1)变成1111(-1),并再次应用该操作,返回0001。

零处操作的行为有利于给出零的单一表示,而无需特别处理正零和负零。0000与1111互补,当1111加1时。溢出到0000,得到一个0,而不是一个正1和一个负1。

这种表示的一个关键优点是,用于无符号整数的标准加法电路在应用于它们时产生正确的结果。例如,在nibbles中添加1和-1:0001 + 1111,比特溢出寄存器,留下0000。

作为一个温和的介绍,优秀的Computerphile制作了一个关于这个主题的视频。

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;