二进制负数的表示和运算主要通过 补码实现,具体方法如下:
一、负数表示方法
原码 最高位为符号位(0表示正数,1表示负数),其余位为数值的绝对值。例如,-1的原码为`10000001`。
反码
正数与原码相同,负数符号位不变,其余位取反(0变1,1变0)。例如,-1的反码为`11111110`。
补码
反码加1得到补码,这是计算机中最常用的负数表示方法。例如,-5的补码计算为:
- 取绝对值5的二进制`00000101`
- 反码`11111010`
- 加1后得到补码`11111011`。
二、运算规则
加法: 直接按位相加,符号位由最高位决定。 减法
补码特性:
两个负数相加结果为负数,正数与负数相加结果为负数时需借位;
补码表示法简化了计算机硬件对负数的运算处理。
三、特殊情况
-0表示:原码和反码相同(如`00000000`),补码不同(如`00000000`和`11111111`),需通过运算区分。
溢出处理:当结果超出表示范围时,需根据具体规则处理(如模运算或进位处理)。
四、应用场景
补码广泛应用于计算机系统,因它能统一加法和减法运算逻辑,且硬件实现简单高效。