原码反码补码加减运算

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### 原码、反码、补码及其加减运算详解

在计算机科学与编程中,原码、反码和补码是处理有符号整数时不可或缺的概念,这些编码方式不仅简化了计算机的底层设计,还使得加减运算更加直接和高效,本文将详细解释原码、反码、补码的概念,以及它们之间的转换和加减运算方法。

#### 一、原码、反码、补码的基本概念

**1. 原码(True Form)**

原码是最直观的二进制表示方法,它用二进制数的最高位(最左边的一位)表示符号,0代表正数,1代表负数,其余位表示数值的大小,即该数的绝对值的二进制表示,十进制数+3和-3的8位二进制原码分别为`00000011`和`10000011`。

**2. 反码(One's Complement)**

反码是在原码的基础上,对正数保持不变,对负数则将其数值位(不包括符号位)取反得到的,即,如果原码的符号位为1(表示负数),则将其余位(数值位)全部取反(0变1,1变0)。-3的8位二进制原码为`10000011`,其反码为`11111100`。

**3. 补码(Two's Complement)**

补码是在反码的基础上,对正数保持不变,对负数则在其反码的基础上加1得到的,补码是目前计算机系统中表示有符号整数最常用的方法,因为它可以直接进行加减运算而不需要额外的处理。-3的8位二进制反码为`11111100`,其补码为`11111101`。

#### 二、原码、反码、补码的转换

**1. 正数的转换**

对于正数,其原码、反码和补码都是相同的,即直接表示该数的二进制形式。

**2. 负数的转换**

- **原码到反码**:将原码的数值位(不包括符号位)全部取反。

- **反码到补码**:在反码的基础上加1。

#### 三、补码加减运算

在计算机中,所有的加减运算都是基于补码进行的,补码加减运算的基本规则是将两个数的补码相加(或相减,减法可以看作加上一个负数的补码),然后根据结果的最高位(符号位)和进位情况判断是否有溢出。

**1. 补码加法**

补码加法的基本公式为:`[A+B]补 = [A]补 + [B]补 (mod 2^n+1)`,其中n是二进制数的位数,如果运算结果的最高位(符号位)有进位,则忽略该进位(因为是在模`2^n+1`下运算)。

**示例**:计算5 + (-3)的补码加法。

- 5的8位二进制补码为`00000101`。

- -3的8位二进制补码为`11111101`。

- 两者相加:`00000101 + 11111101 = 10000010`。

- 忽略最高位的进位(因为是模`2^8+1`运算),结果为`00000010`,即十进制数2。

**2. 补码减法**

补码减法可以转化为补码加法进行,即,A - B 可以看作 A + (-B),补码减法的公式为:`[A-B]补 = [A]补 + [-B]补 (mod 2^n+1)`。

**示例**:计算3 - 5的补码减法。

- 3的8位二进制补码为`00000011`。

- -5的8位二进制补码为`11111011`(5的补码取反加1)。

- 两者相加:`00000011 + 11111011 = 10000000`。

- 忽略最高位的进位,结果为`00000000`,但这是一个特殊情况,表示结果为0,在实际