二进制补码是计算机中用于表示有符号整数的方法,其核心规则和运算方法如下:
一、补码的表示方法
正数 正数的补码与原码相同,直接使用二进制表示。例如,十进制数5的二进制原码和补码均为`00000101`。
负数
负数的补码通过以下步骤获得:
- 先将对应正数的原码按位取反(0变1,1变0);
- 然后将取反后的结果加1。例如,-5的补码为`11111011`。
二、补码的运算规则
加法运算
- 规则: [A]补 + [B]补 = [A+B]补 (mod 2^(n+1)) - 示例
- -5的补码为`11111011`,3的补码为`00000011`
- 相加得`11111110`,模2^8为`11101110`,即-2。
减法运算 - 规则:
[A-B]补 = [A]补 + [-B]补 (mod 2^(n+1))
- 示例:计算-5 - 3
- -5的补码为`11111011`,3的补码为`00000011`
- 先求3的相反数-3的补码为`11111101`
- 相加得`11111000`,模2^8为`11110000`,即-8。
三、关键特性
简化运算 补码使得加法和减法统一为加法运算,无需单独处理负数。例如,减法可以通过加法实现:
$$A - B = A + (-B)$$
这一特性简化了计算机硬件设计。
溢出检测
补码运算可以通过检查符号位判断溢出。若两个正数相加结果为负数,或两个负数相加结果为正数,则发生溢出。
四、注意事项
位数选择: 实际应用中需根据数据类型选择位数(如8位、16位等),高位溢出会被丢弃。 符号位处理
通过以上规则和特性,补码成为计算机中高效处理有符号数的基础方法。