我在上一门计算机系统课程，在某种程度上，我一直在为“二的补充”而挣扎。我想了解它，但我所读到的一切并没有让我明白它的含义。我读过维基百科的文章和其他各种文章，包括我的课本。
什么是2的补数，我们如何使用它，它如何在强制转换(从有符号到无符号，反之亦然)、逐位操作和位移位操作等操作中影响数字?
当前回答
补一词来源于完备性。在十进制世界中，数字0到9提供了一个数字或数字符号的补集(完整集)来表示所有的十进制数。在二进制世界中，数字0和1提供了一个数字的补数来表示所有二进制数。事实上，符号0和1必须用来表示所有东西(文本、图像等)以及正(0)和负(1)。 在我们的世界里，数字左边的空白被认为是零:
35=035=000000035.
In a computer storage location there is no blank space. All bits (binary digits) must be either 0 or 1. To efficiently use memory numbers may be stored as 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit, 128 bit representations. When a number that is stored as an 8 bit number is transferred to a 16 bit location the sign and magnitude (absolute value) must remain the same. Both 1's complement and 2's complement representations facilitate this. As a noun: Both 1's complement and 2's complement are binary representations of signed quantities where the most significant bit (the one on the left) is the sign bit. 0 is for positive and 1 is for negative. 2s complement does not mean negative. It means a signed quantity. As in decimal the magnitude is represented as the positive quantity. The structure uses sign extension to preserve the quantity when promoting to a register [] with more bits:
[0101]=[00101]=[00000000000101]=5 (base 10)
[1011]=[11011]=[11111111111011]=-5(base 10)
用作动词: 2的补语表示否定。这并不意味着消极。意思是如果负数变成正数;如果是正的就是负的。大小是绝对值:
if a >= 0 then |a| = a
if a < 0 then |a| = -a = 2scomplement of a
此功能允许使用先求负后加的有效二进制减法。 A -b = A + (-b)
1的补数的官方方法是每一位数用1减去它的值。
1'scomp(0101) = 1010.
这与逐个翻转或反转每一位是一样的。结果是- 0，这是不受欢迎的，所以给te 1的补码加上1就解决了这个问题。 要求2s的补，先求1s的补，然后加1。
Example 1 Example 2
0101 --original number 1101
1's comp 1010 0010
add 1 0001 0001
2's comp 1011 --negated number 0011
在这些例子中，否定也适用于符号扩展数。
添加: 1110进位111110进位 0110与000110相同 1111年 111111年 Sum 0101 Sum 000101
减法:
1110 Carry 00000 Carry
0110 is the same as 00110
-0111 +11001
---------- ----------
sum 0101 sum 11111
请注意，当使用2的补码时，数字左侧的空白区域对于正数用0填充，而对于负数用1填充。进位总是被加上，必须是1或0。
干杯
其他回答
这是一种对负整数进行编码的聪明方法，该方法将数据类型中大约一半的位组合保留给负整数，并且将大多数负整数与其对应的正整数相加会导致进位溢出，使结果为二进制零。
因此，在2的补码中，如果1是0x0001，那么-1是0x1111，因为这将导致0x0000的组合和(溢出1)。
按位补一个数就是将其中的所有位翻转。对2的补位，我们翻转所有的位，加1。
对有符号整数使用2的补码表示，我们应用2的补码操作将正数转换为负数，反之亦然。因此，以nibbles为例，0001(1)变成1111(-1)，并再次应用该操作，返回0001。
零处操作的行为有利于给出零的单一表示，而无需特别处理正零和负零。0000与1111互补，当1111加1时。溢出到0000，得到一个0，而不是一个正1和一个负1。
这种表示的一个关键优点是，用于无符号整数的标准加法电路在应用于它们时产生正确的结果。例如，在nibbles中添加1和-1:0001 + 1111，比特溢出寄存器，留下0000。
作为一个温和的介绍，优秀的Computerphile制作了一个关于这个主题的视频。
问题是“什么是“2的补码”?”
对于那些想要从理论上理解它的人(以及我试图补充其他更实际的答案)，简单的答案是:2的补码是对偶系统中不需要额外字符(如+和-)的负整数的表示。
Two的补码是一种存储整数的聪明方法，因此常见的数学问题很容易实现。
为了理解，你必须把数字想象成二进制。
它基本上是说，
对于0，用所有的0。 对于正整数，开始计数，最大值为2(位数-1)-1。 对于负整数，做完全相同的事情，但是切换0和1的角色并开始倒数(所以不是从0000开始，而是从1111开始——这是“补”部分)。
让我们尝试一个4位的迷你字节(我们称之为1/2个字节)。
0000 -零 0001 - 1 0010 - 2 0011 - 3 0100到0111,4点到7点
这是我们目前能找到的阳性结果。23-1 = 7。
负面影响:
1111 - 1 1110 - 2 1101 - 3 1100到1000 - - 4到- 8
注意，负数(1000 = -8)有一个额外的值，而正数没有。这是因为0000用于表示零。这可以看作是计算机的数轴。
区分正数和负数
这样一来，第一个位就扮演了“符号”位的角色，因为它可以用来区分非负的十进制值和负的十进制值。如果最高有效位是1，那么二进制就可以说是负的，如果最高有效位(最左边)是0，就可以说十进制值是非负的。
“符号量级”的负数只是将它们的正数对应的符号位颠倒了，但这种方法必须处理将1000(一个1后面跟着所有的0)解释为“负零”，这是令人困惑的。
“1的补”负数只是它们的正数的位补，这也导致了“负零”和1111(都是1)的混淆。
除非你的工作非常接近硬件，否则你可能不需要处理个位补或符号幅度整数表示。
想象一下，你有有限数量的比特/比特/数字等等。将0定义为所有数字都为0，并自然向上计数:
00
01
02
..
最终你会溢出。
98
99
00
我们有两位数字，可以表示从0到100的所有数字。所有这些数字都是正数!假设我们也想表示负数?
我们真正拥有的是一个循环。2之前的数字是1。1之前的数字是0。0之前的数字是…99.
为了简单起见，我们设任何大于50的数都是负数。0 ~ 49代表0 ~ 49。“99”是-1，“98”是-2，…“50”是-50。
这个表示是十的补数。计算机通常使用2的补码，除了使用位而不是数字之外，它是一样的。
10的补数的好处在于加法运算可以正常进行。你不需要做任何特殊的加法和负数!
