负数在计算机中的二进制表示通常采用 补码形式,其转换过程可分为以下步骤:
一、原码表示
符号位与绝对值 - 正数的原码与绝对值的二进制表示相同,符号位为0。
- 负数的原码在最高位(符号位)填1,其余位为绝对值的二进制表示。例如,-5的原码为`10000001`(8位)。
二、反码表示
符号位不变,其余位取反
- 正数的反码与原码相同。
- 负数的反码为原码除符号位外,其余位按位取反。例如,-5的反码为`11111010`(8位)。
三、补码表示
反码加1
- 负数的补码为反码加1。例如,-5的补码为`11111011`(8位)。
补码的计算步骤(以-5为例,8位):
1. 绝对值5的二进制表示:`00000101`
2. 取反:`11111010`
3. 加1:`11111011`
四、扩展到不同位数
位数扩展:
补码需根据实际存储位数确定。例如,16位表示时,-5的补码为`11111111 11111011`(前8位为`11111011`,后8位补零)。
五、示例总结
| 数字 | 原码(8位) | 反码(8位) | 补码(8位) |
|------|--------------|--------------|--------------|
| -5 | 10000001 | 11111010 | 11111011 |
六、注意事项
符号位处理:
计算机通过最高位判断符号,符号位为1表示负数。
位数选择:
实际应用中需根据数据类型选择位数(如int类型通常为32位)。
运算规则:
补码运算可简化加减法操作,例如加法时直接相加,减法可转换为加法。
通过以上步骤,负数可高效地转换为二进制补码形式,并满足计算机存储与运算需求。