带符号数的原码、反码与补码分析
带符号数的表示方法
带符号数的表示方法
在计算机里呀，带符号数有原码、反码和补码这几种表示方法。
先说说原码吧，原码可直接，它就是把数的符号用一位来表示，正数符号位是0，负数符号位是1，后面跟着这个数的绝对值的二进制表示。
比如说+5，它的原码就是00000101（假设是8位二进制数哦），那 -5的原码就是10000101。
原码很直观，就像咱们平时看数一样，一眼能看出是正还是负。
不过原码在计算的时候有点小麻烦呢。
这时候反码就登场啦。
对于正数，反码和原码是一样一样的。
但是负数的反码呢，就是把原码除了符号位之外的所有位都取反。
像 -5的原码是10000101，那它的反码就是11111010。
反码在做减法的时候会比原码方便一些哦。
补码就更酷啦。
正数的补码还是和原码一样。
负数的补码呢，是它的反码再加1。
还拿 -5来说，反码是11111010，那补码就是11111010 + 1 = 11111011。
补码在计算机里可太重要啦，计算机里很多运算都是用补码来进行的。
因为用补码计算的时候，减法可以当成加法来做，这样就大大简化了计算机的运算电路呢。
咱打个比方，就像你有两种方式去一个地方，原码可能是那种按部就班的走法，反码有点像是换了个思路走，而补码呢，就像是找到了一条超级捷径，能让计算机这个小机灵鬼更快地算出结果。
带符号数的表示
(2)定点小数的补码表示[X]补=
X 0≤X<1
(mod 2)
2-|X| -1≤X<0
例： 若X=0.1011，则X补=X=0.1011（mod 2） 若X<0，则X补=M+X=M-|X|。因而负数的 补码等于模M减去该数的绝对值。 例：若X=-0.1011，则 X补=2 - 0.1011=1.0101
2.1.3数的定点表示与浮点表示
第35页，关于溢出的重要概念 3.采用浮点计数法 二进制浮点数就是二进制的科学计数法。 科学计数法是有格式上的要求的，必须按 照严格的格式要求来转化二进制数。
2.1.3数的定点表示与浮点表示
一、浮点表示法
浮点数由一个定点整数和一个定点小数 组成。真值为：N=±REM, R=2 1.浮点数的原理性（格式） 就是科学计数法的二进制延伸。
一、浮点表示法
2.移码（增码） X移=2m+X -2m≤X<2m 移码与补码的表示范围相同，只是在代 码形式上符号位相反而已。 举例： X=-(128)十进制=-（10000000）二进制 上面的两个数分别是十进制和二进制的真值， 设浮点数阶码共8位 移码为X=27+（-10000000）=00000000
一、补码表示法
12
11
10
9
负 数 区 域
正 数 区 域
8
7
6
X
0≤X<2n
（3）定点整数的补码表示[X]补=
(mod 2n+1)
2n+1-|X| -2n≤X<0
例：若X=1011000，则X补=01011000 例：若X=-1011000，则X补=27 -1011000 =10000000- 1011000 =10101000
带符号数的表示
2.1.3数的定点表示与浮点表示
一、定点表示法
计算机一次所能计算的二进制数的加减 乘除的位数是有限制的，这就决定了一次 计算是由精度限制的。我们知道，用来存 储数的位数越长，数的精度越高，但是计 算机一次所能运算的长度有限，所以要达 到高精度的运算有以下几个途径： 1.让计算机一次可以做更长的四则运算。 2.用人工分解的办法编制程序，把一个很长 的二进制数的四则运算分解成很多步较短 的二进制运算组合。
(2)定点小数的补码表示[X]补=
X 0≤X<1
(mod 2)
2-|X| -1≤X<0
例： 若X=0.1011，则X补=X=0.1011（mod 2） 若X<0，则X补=M+X=M-|X|。因而负数的 补码等于模M减去该数的绝对值。 例：若X=-0.1011，则 X补=2 - 0.1011=1.0101
一、原码表示法━最高位表正负，其余是 数的绝对值的大小。注意我们在日常生活 中用笔写小数的时候，很轻松的在纸上点 上小数点，但是小数点在计算机中一般是 计算机默认在某一位上，用不着留下空间 专门来存放这个表示点的信号的。
1.定点小数 X0 X1 X2 X3 X4
….. ….. ….. …..
Xn
2.1.2带符号数的表示
2.1.2带符号数的表示
一、补码表示法
补码的补充说明： 就象我们前面所演示给大家看的是补码 的发现其实是为了消灭减法，大家可以用 这样一种思维去理解补码：补码其实就是 专门针对负数而发明出来的，正数根本不 需要什么补码，补码是一个减法的差，所 以求一个数的补码就是做一个减法。
2.1.2带符号数的表示
而四位二进制定点小数的最小表示数只能是
计算机中带符号数的表示之原码、补码、反码
计算机中带符号数的表示之原码、补码、反码计算机中带符号数的表示之原码、补码、反码2010-09-13 12：47为叙述方便，先引进两个名词：机器数和真值。
将一个数在机器中的表示形式，即编码称为机器数，将数本身称为真值。
常用的机器数有三种：原码、补码和反码。
1.原码1)通俗定义将数的符号数码化，即用一个二进制位表示符号：对正数，该位取0，对负数，该位取1。
而数值部分保持数的原有形式(有时需要在高位部分添几个0)。
这样所得结果为该数的原码表示。
例，x=+1001010，y=-1001010，z=-1110(=-0001110)。
当原码为8位时，x、y和z的原码分别是：[x]原=01001010；[y]原=11001010；[Z]原=10001110.其中最高位为符号位。
2)正规定义其中，x为真值，n为原码的位数。
这个定义实际是将真值的范围给出来了，当n=8时，-127 x127，因而，其数值部分写成二进制形式，最多为7位。
从该定义可看出，x为正数时，其原码还是数本身，第8位(符号位)补0；x为负数时，-x等于去掉负号，但要加上127，即第8位为1(127=10000000(2))。
因此，这个定义和上面的通俗定义是一致的。
3)原码表示的特点原码表示有三个主要特点：一是直观，与真值转换很方便；二是进行乘、除运算方便；三是加、减运算比较麻烦。
第一点是显然的。
说原码表示进行乘、除运算方便是因为其数值部分保持了数据的原有形式，对数值部分进行乘或除就可得到积或商的数值部分，而积或商的符号位可由两个数原码的符号位进行逻辑运算而得到。
说原码表示进行加、减运算比较麻烦，以加法为例，两个数相加需先判别符号位，若其不同，实际要做减法，这时需再判断绝对值的大小，用绝对值大的数减绝对值小的数，最后还要决定结果的符号位。
2.补码1)补码的引进和定义据统计，在所有的运算中，加、减运算要占到80%以上，因此，能否方便地进行正、负数加、减运算，直接关系到计算机的运行效率。
原码、反码与补码知识讲解
原码、反码与补码知识讲解2.2 原码、反码与补码在计算机内的数（称之为“机器数”）值有3种表示法：原码、反码和补码。
所谓原码就是带正、负号的二进制数，即最高位为符号位，“0”表示正，“1”表示负，其余位表示数值的大小。
反码表示法规定：正数的反码与其原码相同；负数的反码是对其原码逐位取反，但符号位除外。
补码表示法规定：正数的补码与其原码相同；负数的补码是在其反码的末位加1。
由此可见，这三种表示法中，关键是负数的表示方式不一样。
2.2.1 正负数表示、定点数与浮点数在计算机内，通常把1个二进制数的最高位定义为符号位，用“0”表示正数，“1”表示负数；其余位表示数值。
规定小数点位置固定不变的数称为“定点数”；小数点的位置不固定，可以浮动的数称为“浮点数”。
2.2.2 原码原码表示法是定点数的一种简单的表示法。
用原码表示带符号二进制数时，符号位用0表示正，1表示负；数值位保持不变。
原码表示法又称为符号-数值表示法。
1. 小数原码表示法设有一数为x，则原码表示可记作[x]原（下标表示）。
例如，X1= ＋1010110 ；X2= -1001010原码表示数的范围与二进制位数有关。
设二进制小数X=±0.X1X2…Xm，则小数原码的定义如下：例如：X=+0.1011时，根据以上公式可得[X]原=0.1011；X=－0.1011时，根据以上公式可得[X]原= 1-（-0.1011）=1.1011=1.1011当用8位二进制来表示小数原码时，其表示范围为：最大值为0.1111111，其真值约为（0.99）10 ；最小值为1.1111111，其真值约为（-0.99）10。
根据定义，小数“0”的原码可以表示成0.0…0或1.0…0。
2. 整数原码表示法整数原码的定义如下：例如：X=+1101时，根据以上公式可得[X]原=01101；X=－1101时，根据以上公式可得[X]原=24-（-1101）=10000+1101=11101当用8位二进制来表示整数原码时，其表示范围为：最大值为01111111，其真值为（127）10 ；最小值为11111111，其真值为（-127）10 。
原码反码补码及运算
原码，反码，补码及运算一、定义 1．原码 正数的符号位为0，负数的符号位为1，其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。
用这样的表示方法得到的就是数的原码。
【例2.13】当机器字长为8位二进制数时：X＝＋1011011 [X]原码＝01011011Y＝＋1011011 [Y]原码＝11011011[＋1]原码＝00000001 [－1]原码＝10000001[＋127]原码＝01111111 [－127]原码＝11111111 原码表示的整数范围是： －（2n-1－1）~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。
则：8位二进制原码表示的整数范围是－127~＋12716位二进制原码表示的整数范围是－32767~＋32767 2．反码 对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。
【例2.14】当机器字长为8位二进制数时： X＝＋1011011 [X]原码＝01011011 [X]反码＝01011011 Y＝－1011011 [Y]原码＝11011011 [Y]反码＝10100100 [＋1]反码＝00000001 [－1]反码＝11111110 [＋127]反码＝01111111 [－127]反码＝10000000 负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。
反码表示的整数范围与原码相同。
3．补码 正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。
引入补码以后，计算机中的加减运算都可以统一化为补码的加法运算，其符号位也参与运算。
【例2.15】（1）X＝＋1011011 （2）Y＝－1011011 （1）根据定义有：[X]原码＝01011011 [X]补码＝01011011 （2）根据定义有：[Y]原码＝11011011 [Y]反码＝10100100 [Y]补码＝10100101 补码表示的整数范围是－2n-1~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。
01-2带符号数的代码表示
原码小数的表示范围:
[+0]原 =0.0000000 ; [-0]原 =1.0000000
最大值 : 1- 2-(n-1) 最小值:-(1- 2-(n-1)) 表示数的个数: 2n - 1
例 若二进制原码小数的位数分别是8、 16位,求其该数表示的最大值、最小值及 所能表示数的个数？
数的符号位：数的最高位
数的符号在r进制数中的表示
正数：0
负数：r-1
数的符号在二进制数中的表示
正数：0
负数：1
9 1=64+16+8+2+1 例 如，
( + 9 1)10 = (+ 1011011)2 ( － 9 1)10 =(－ 1011011)2
……真值 ……真值
机器只能认识二进制数，因此数的正与负 必须用二进制数来表示。用0和1两个代码表示 正和负，并规定一个数的最高位为符号位。从 而得到机器数。
1 0 0 0 0010 [X+Y]补=10000010
X+Y的真值 ( -130)10 8位计算机数值表达范围：(-128 ～+127) 运算结果超出机器数值范围发生溢出错误。
补码运算特点：
在无溢础的情况下，符号位与数值 位一同直接参加运算。
直接丢模（符号位的进位位）。 补码可将减法变加法进行运算。 已知Y补，求（-Y）补的方法为连符号
位一起直接求补。
指出：由于采用补码可把减法化成加法，因 此，机器中的+、－、×、÷运算，均归结为一 种加法运算，从而使计算机的硬软结构非常简单。 为此，机器中带符号的数，无论是正数或负数均 采用补码形式，而运算的结果也是补码形式。
1.2.6 十进制数的补数
原码、反码、补码的简单转换
原码、反码、补码的简单转换1、正数的原码、反码、补码是⼀样的如+1011111（95）的原码、反码、补码为：原码 0101 1111反码 0101 1111补码 0101 11112、负数的原码、反码、补码转换以-1011111（-95）的原码、补码、反码的转换为例：（1）负数原码、反码转换符号位不变，数值位按位取反原码转反码原码 1101 1111反码 1010 0000 //符号位不变，数值位按位取反反码转原码反码 1010 0000原码 1101 1111 //符号位不变，数值位按位取反（2）负数原码、补码转换符号位不变，数值位按位取反，末位+1原码转补码原码 1101 1111反码 1010 0000 //符号位不变，数值位按位取反补码 1010 0001 //末位+1快速求法为：符号位不变，从右往左找第⼀个1，这个1左边的取反，右边的不变补码转原码补码 1010 00011101 1110 //符号位不变，数值位按位取反为原码 1101 1111 //末位+1（3）负数反码、补码转换反码转补码，末位+1；补码转反码，末位-1反码转补码反码 1010 0000补码 1010 0001 //末位+1补码转反码补码 1010 0001反码 1010 0000 //末位-13、总结：正数的原码、补码、反码都⼀样；负数的原码、反码转换：符号位不变，数值位按位取反；负数的原码、补码转换：符号位不变，数值位按位取反，末位+1，【快速求法为：符号位不变，从右往左找第⼀个1，这个1左边的取反，右边的不变】；负数的反码、补码转换：反码转补码，末位+1；补码转反码，末位-1。
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一．带符号数的原码、反码与补码
所谓带符号数，其实就是一个二进制数据，它的最高位所代表的是符号，其余位是其“绝对值”。
例如0101_0011，这个数据如果是带符号数，那么最高位的0就是代表这个数据为正数，其后的101-0011则代表这个数据的绝对值，为+83D。
如果是1101_0011，则代表-83D。
1.1 原码
原码就是按照正数的符号位为0，负数的符号位为1，其他位就是数据的绝对值即可。
例如当机器字长为8bit的二进制数时，它的最高位为符号位，因此其余的7bit位数据的绝对值。
因此原码所能表示的数据范围是：
- (2n-1-1)~+(2n-1-1)
当字长为8bit，则原码能表示的范围就是：-127~+127
例如83的原码就是：0101_0011
当字长为16bit，则原码能表示的范围就是：-32767~+32767
例如-83的原码就是：1000_0000_0101_0011
1.2 反码
对于一个带有符号位的二进制数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位外其余各位按位取反。
例如当字长为8bit时，+83D的反码就是：0101_0011，-83D的反码就是1010_1100
负数的反码与原码有很大的差别，一般情况下，反码主要用来当做求二进制数补码的中间形式。
反码所表示的数据范围与原码相同：
- (2n-1-1)~+(2n-1-1)
1.2 补码
正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。
例如：
X=+101_1011 [X]原码=0101_1011 [X]补码=0101_1011
X=-101_1011 [X]原码=1101_1011 [X]补码=1010_0101
补码表示的范围是：
- 2n-1~+(2n-1-1)
当字长为8bit，则原码能表示的范围就是：-128~+127
当字长为16bit，则原码能表示的范围就是：-32768~+32767
关于0，它有两个补码：
正零：0000_0000
负零：1000_0000
二．通过补码求解原值的方法
1）对于正数，它的原值与补码相同；
2）对于负数，它的原值就是将补码除符号位以外，安位取反之后，末位加1。
例如【X】=0101_1001，由于最高位是0，因此是正数，原值与补码相同，也是0101_1001，转换成10进制就是+89D。
【X】=1101_1010，由于最高位是1，因此原值是负数，符号位外其余各位安位取反为：1010_0101，然后末位加1可得到原值：1010_0110，就是-38D。
三．利用补码进行加减运算
3.1 加法运算
对于加法运算，首先需要计算【X+Y】补，然后再经过补码转原码的方式获得原值。
【X+Y】补=【X】补+【Y】补
例如：X=+011_0011 Y=-010_1001 即：X=+51D, Y=-41D
则【X】原=0011_0011 【X】反=0011_0011 【X】补=0011_0011
【Y】原=1010_1001 【Y】反=1101_0110 【Y】补=1101_0111
因此【X+Y】补=【X】补+【Y】补=0011_0011+1101_0111=0000_1010，再换原码为+10D。
3.2 减法运算
对于减法运算，首先需要计算【X-Y】补，然后再经过补码转原码的方式获得原值。
例如：X=+011_1001 Y=+100_1101 即：X=+57D, Y=+77D
则【X】原=0011_1001 【X】反=0011_1001 【X】补=0011_1001
【-Y】原=1100_1101 【-Y】反=1011_0010 【-Y】补=1011_0011
因此【X-Y】补=【X】补+【-Y】补=0011_1001+1011_0011=1110_1100，将【X-Y】补低7位进行取反，为1001_0011，再将其末位加1，可得【X-Y】原=1001_0100，转换成10进制
的数即为-20D。
由此可知，补码的意义就是可以把所有的加法与减法都转换成加法进行计算，这样非常适用于计算机进行运算处理。
四．关于求补码的深入讨论
通过上面这个表可知，-128如果用8bit的二进制数表示就是1000_0000，“反码+1”的计算方法并不适用-128，所以-128这个数比较特殊，需要特殊记忆。
其实求一个数的补码，按照补码最原始的定义，其实就是正数与原码相同，而负数采用“模减去绝对值”的方法来求，这是求补数的通用方法，适合于各种进制、各种大小数字。
下面就从计算机的角度深入理解补码的概念。
4.1 模与补数的概念
在日常生活当中，可以看到很多这样的事情：
把某物体左转90 度，和右转270 度，在不考虑圈数的条件下，最终的效果是相同的；
把分针倒拨20 分钟，和正拨40 分钟，在不考虑时针的条件下，效果也是相同的；
把数字87，减去25，和加上75，在不考虑百位数的条件下，效果也是相同的；
……。
上述几组数字，有这样的关系：
90 + 270 = 360
20 + 40 = 60
25 + 75 = 100
式中的360、60 和100，就是“模”（也可以理解成“进制”）。
式中的90 和270、20 和40，以及25 和75，就是一对“互补”的数字。
知道了“模”，求某个数字的“补数”，就是轻而易举的了：如果模为365，数字120 的补数为：365 - 120 = 245。
用补数代替原数，可把减法转变为加法。
出现的进位就是模，此时的进位，就应该忽略不计。
4.2 二进制数的模
前面说过的十进制数25 和75，它们是2 位数的运算，模是100，即1 的后面加上2 个0。
如果有3 位数参加运算，模就是1000，即1 的后面加上3 个0。
这里的1000，是十进制数的一千，可以写成10^3，即10 的3 次方。
推论：有多少位数参加运算，模就是在1 的后面加上多少个0。
对于二进制数字，模也是这样推算。
如果是3 位二进制数参加运算，模就是1000，即1的后面加上3个0；
那么当8 位二进制数参加运算，模就是1 0000 0000，即1的后面加上8个0。
注意：这里提到的1、0，都是二进制数。
8 位二进制数的模可以按照十进制写成2^8，即256。
16 位数二进制数的模，就是2^16，按照十进制，它就是65536。
4.3 二进制数的补码
前面说过的十进制数2二进制数的补码，求二进制数的补数，目的是往计算机里面存储。
在计算机里面，存放的数字什么的，都称为机器码；那么二进制形式的补数，也就改称为补码了。
一般情况下，都是以8 位二进制数来讨论补码，少数也有用16 位数的。
计算时加上正数，是不需要进行求取补数的；只有进行减法（或者加上负数），才需要对减数求补数。
补码就是按照这个要求来定义的：正数不变，负数即用模减去绝对值。
已知一个数X，其8 位字长的补码定义为：
(1) 正数：X ; 0 <= X <= +127 (正数和0的补码，就是该数字本身)
(2) 负数：2^8 －|X| ; －128 <= X < 0 (负数的补码，其实就是用1 0000 0000 （2的8次方），减去该数字的绝对值)。
例如X = －126，其补码为1000 0010，计算方法如下：
1 0000 0000
－0111 1110
－－－－－－－－－－－
1000 0010
可以看出，按照补码的定义来求补码，概念十分清晰，方法、步骤也是十分简单的。
应用补码进行计算
用补码计算：83－25＝58。
83 －－－都变成补码，再用加法运算－－> 0101 0011
－25 －> 1 0000 0000 - 0001 1001－> + 1110 0111
－－－－－－－－－－－－－
58 <－－忽略进位1，结果就是正确的－－> [1]0011 1010
计算结果如果超出了－128～＋127的范围，结果将是错误的，这是没有办法纠正的。
应用补码进行计算，完全符合前面介绍的“用补数可把减法转换成加法”的做法，只要忽略进位（这个进位1，就是求补的时候，加进去的1 0000 0000中的1），结果就是正确的。