python中的按位取反~[深度探究]

1.直接上python中的~代码：

>>> a = 3
>>> b = ~3
>>> b
-4

2.是不是觉得和自己所理解的按位取反不太一样？
确实如此。

① 我们理解的应该是这样的：
3的二进制表示为（假设一个字节）：0000 0011
那么对其进行按位取反后，应该为：1111 1100（最开头的1为符号位），这个结果不应该是-124吗？

当然不是了，有这样理解的同学肯定是没有掌握清楚计算机中的二进制表示（原码、反码、补码），详情可以参见一下我的另一篇文章。在计算机中，正数和负数都是以二进制补码形式表示的，这样才能被计算机识别，其中对于正数，原码=反码=补码；对于负数，原码中的最高位为1（标志位），反码对原码中非标志位的其他位进行0/1反转，补码则是在反码的基础上+1。反过来，如果要将二进制的计算结果（比如：按位取反、两数相加）展示出来，则需要将补码-1，然后再反转，即逆过程，这样计算出来的才是我们人类能理解的十进制数。

那对于上面的1111 1100，-1后为1111 1011，取反为1000 0100，结果为-4，这样才是对的！

再举一个例子，对-126（1111 1110）进行按位取反。
首先，先找到-126的补码，即1000 0010；
然后直接取反，结果为0111 1101；
然后，对这样一个正数，我们知道其逆过程的结果就是本身0111 1101，所以结果为125

嘿嘿，我们是不是可以找到一点规律呢？
有规律的。，正数3的按位取反为-4，负数-126的按位取反为125，那么规律就是：如果输入数为$x$，按位取反的结果为$-1\ast (x+1)$，$x$可正可负哦。

至此，python中的按位取反操作便探究完了。