计算机中的数据都是以补码的形式存放和计算!
原码
将一个整数转换成二进制形式,就是其原码。例如short a = 6; a 的原码就是0000 0000 0000 0110
;更改 a 的值a = -18; 此时 a 的原码就是1000 0000 0001 0010
。
通俗的理解,原码就是一个整数本来的二进制形式。
反码
- 对于正数,它的反码就是其原码(原码和反码相同);
-
负数的反码是将原码中
除符号位以外
的所有位(数值位)取反,也就是 0 变成 1,1 变成 0。
例如short a = 6; a 的原码和反码都是0000 0000 0000 0110
;更改 a 的值a = -18; 此时 a 的反码是1111 1111 1110 1101
。
补码
- 对于正数,它的补码就是其原码(原码、反码、补码都相同);
-
负数的补码是其反码加 1。
例如short a = 6; a 的原码、反码、补码都是0000 0000 0000 0110
;更改 a 的值a = -18; 此时 a 的补码是1111 1111 1110 1110
。
可以认为,补码是在反码的基础上打了一个补丁,进行了一下修正,所以叫“补码”。
原码、反码、补码的概念只对负数有实际意义,对于正数,原码、反码、补码都是一样的。
最后总结一下 6 和 -18 从原码到补码的转换过程:
在计算机内存中,整数一律采用补码的形式来存储。这意味着,当读取整数时还要采用逆向的转换,也就是将补码转换为原码。将补码转换为原码也很简单:先减去 1,再将数值位取反即可。
补码到底简化硬件电路的
由于整数在内存中是以补码表示的,那么计算机只要设计一种简单的、不用区分符号位和数值位的加法电路,就能同时实现加法和减法运算,并且非常高效,极大简化了计算机的硬件电路。
补码计算:
6 - 18 = 6 + (-18)
= [0000 0000 0000 0110]补 +
[1111 1111 1110 1110]补
= [1111 1111 1111 0100]补 ,负数减1
= [1111 1111 1111 0011]反
= [1000 0000 0000 1100]原
= -12
18 - 6 = 18 + (-6)
= [0000 0000 0001 0010]补 +
[1111 1111 1111 1010]补
= [1 0000 0000 0000 1100]补
= [0000 0000 0000 1100]补
= [0000 0000 0000 1100]反
= [0000 0000 0000 1100]原
= 12
5 - 13 = 5 + (-13)
= [0000 0000 0000 0101]补 +
[1111 1111 1111 0011]补
= [1111 1111 1111 1000]补
= [1111 1111 1111 0111]反
= [1000 0000 0000 1000]原
= -8
13 - 5 = 13 + (-5)
= [0000 0000 0000 1101]补 +
[1111 1111 1111 1011]补
= [1 0000 0000 0000 1000]补
= [0000 0000 0000 1000]补
= [0000 0000 0000 1000]反
= [0000 0000 0000 1000]原
= 8
位运算
1、“与” 运算(&)
运算规则: 两个参与运算的数据,按照它们的二进制位进行运算。
只有两个位都是1的时候结果才是1,否则是0。 例如1&1=1,1&0=0,0&1=0,0&0=0
举例: 3&5=? 首先将3换算成2二进制数,3是 0000_0011,5是 0000_0101,则
0000_0011
& 0000_0101
= 0000_0001
即结果是十进制的1
补充:负数按补码的形式参与 “与” 运算。
用途:
1)将某些位的值变成0
比如 0010_1010,如果跟 0000_1100按位 "与",就是把高4位以及低2位变成0,结果如 0000_1000
2)检测某个位的值是不是1
比如有个值是 0000_0101,它的每个位代表着一个开关,0是关1是开,我怎么知道某个位上的值是什么?
比如和 0000_0001按位 "与" 就可以得到右边第一位是不是1,检测右边第二位是否1可以跟 0000_0010 按位 "与",如此类推...
3)取一个数的某几位的值(其实跟第二种用法差不多)
比如,有个值是 0010_0101,要取高4位,就跟 1111_0000 运算得到 0010_0000;要取低4位,就跟
0000_1111 运算得到 0000_0101;要取指定位上的值,只要跟那个位上是1的数进行按位 "与" 就行了。
其实原理就是可以用1去试探,只有原来的值是1才会得到1,原来是0,也得到0,所以得到什么值表示了原来是什么值
2、“或” 运算(|)
运算规则: 将两个要运算的数据,按照它们的二进制位,进行 “或” 运算。
即只要有一个是1,结果就是1。*如:1|0=1,0|1=1,1|1=1,0|0=0
举例: 3|5=? 换算一下,3是 0000_0011,5是 0000_0101,则
0000_0011
|0000_0101
=0000_0111
即结果是十进制的7
补充:负数的按位 “或” 要转换为补码的形式再进行计算。
用途:
1)把某个位上的值改成1
例如 0000_0101,要把右边第二位改成1,只要和 0000_0010 按位 "或" 即可。
3、“异或” 运算(^)
运算规则: 异或,就是特殊的 “或”,0|0=0,0|1=1,1|0=1,1|1=0,简单而言,就是 相同为0,不同为1
举例: 3^5,3转成二进制,则
0000_0011
^0000_0101
=0000_0110
即十进制的6
用途:
1)让一个数的位0变1,1变0(有人疑惑,这不是取反运算符也可以吗?,不同,这个可以按自己需要指定哪几位)
比如有个值 0100_0101,我想翻转,则跟 1111_1111 进行按位 "异或",得到 1011_1010
2)与0相异或,保留原值 ,1010_1110 ^ 0000 0000 = 1010_1110。
4、取反运算(~)
运算规则: 取反,很简单,就是0=1,1=0。它是单目运算符
举例: ~3
~0000_0011=1111_1100,即十进制的252
5、左移运算(<<)
正数负数都是相同的处理方式:高位溢出的丢弃,低位不足的补0
效果:值乘以2。但有些情况会溢出得到负数。
6、右移运算(>>)
正负数的右移处理方式不同
正数:高位补0,低位溢出的舍去
负数:高位补1,低位溢出的舍去