What is原码反码补码？—2018-07-31

书接上文，我们知道数据在计算机中使用一定的编码方式进行存储， 原码， 反码， 补码是计算机存储一个具体数字的编码方式。那么究竟什么是原码反码补码呢？

一个数在计算机中的二进制表示形式， 叫做这个数的机器数。机器数是带符号的，在计算机用一个数的最高位存放符号， 正数为0， 负数为1。比如，十进制中的数 +2 ，计算机字长为8位，转换成二进制就是[00000010]。如果是 -2 ，就是 [10000010] 。因为第一位是符号位，所以机器数的形式值就不等于真正的数值。例如上面的有符号数 [10000010]，其最高位1代表负，其真正数值是 -2 而不是形式值130（[10000010]转换成十进制等于130）。所以将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值。

普及了真值的概念，那么就可以来说明什么是原码反码补码了。

1. 原码就是符号位加上真值的绝对值， 即用第一位表示符号， 其余位表示值。
2. 反码的表示方法是：正数的反码是其本身；负数的反码是在其原码的基础上， 符号位不变，其余各个位取反。
3. 补码的表示方法是：正数的补码就是其本身；负数的补码是在其原码的基础上， 符号位不变， 其余各位取反， 最后+1。 (即在反码的基础上+1)

需要注意的是，正数的反码补码不变，只有负数的需要变化，但是符号位不做任何变化。

在了解过原码反码补码之后有一个问题就很有意思了，为什么计算机要采用补码呢？

首先，根据运算法则减去一个正数等于加上一个负数， 即: 1-1 = 1+(-1)， 所以计算机被设计成只有加法而没有减法， 而让计算机辨别”符号位”会让计算机的基础电路设计变得十分复杂，于是就让符号位也参与运算，从而产生了反码。

用反码计算， 出现了”0”这个特殊的数值， 0带符号是没有任何意义的。 而且会有[0000 0000]和[1000 0000]两个编码表示0。于是设计了补码， 负数的补码就是反码+1，正数的补码就是正数本身，从而解决了0的符号以及两个编码的问题: 用[0000 0000]表示0，用[1000 0000]表示-128。

注意-128实际上是使用以前的-0的补码来表示的， 所以-128并没有原码和反码。使用补码， 不仅仅修复了0的符号以及存在两个编码的问题， 而且还能够多表示一个最低数。 这就是为什么8位二进制， 使用补码表示的范围为[-128， 127]。