看了一下相关帖子的知识普及,都说一个数的正数补码和负数补码相加等于0。
但是我自己实际算出的并不是0。这是什么原因?
1的补码是:0000 00001;
-1的补码是:1111 1111;
那么他们底层做加法不应该等于:10000000吗?
为什么会等于0呢?
前提:假设1和-1都是一个字节的长度(8 位)
则:
1的补码是 0000 0001
-1的补码是1111 1111
这两个相加0001 0000 0000,注意有一位溢出;
因为两个一字节长度的数据相加,结果应然是一字节,故取后八位。
得到0000 0000,就是0。
问题的原因在于补码加法中,当两个补码相加的结果溢出时,溢出的位会被丢弃,这会导致补码加法结果并非所期望的结果。
下面是对于1和-1的补码相加的详细解释:
1的原码是: 0000 0001,对应的补码也是: 0000 0001; -1的原码是: 1000 0001,对应的补码是: 1111 1111。
根据补码加法规则,我们将两个补码相加:
0000 0001 (1)
+ 1111 1111 (-1)
------------
从右往左逐位相加,得到的结果如下:
0000 0001 (1)
+ 1111 1111 (-1)
------------
= 0000 0000 (0)
最终的结果是0,而不是所期望的 1000 0000。
这是因为在补码加法中,最高位表示的是数值的正负性,1代表负数,0代表正数。在补码加法中,当最高位(符号位)发生溢出时,溢出的位会被丢弃,这个过程被称为溢出。
因此,在补码加法中,两个补码相加后溢出的结果会导致结果为0。这也是为什么1的补码和-1的补码相加等于0的原因。
要想得到所期望的结果1000 0000,可以使用更多的位数进行计算。在一个8位的补码计算中,最高位是用来表示正负性的符号位,因此无法得到所期望的结果。
以下是一个用Python代码进行补码加法计算的例子:
def twos_complement_addition(num1, num2, num_bits):
mask = (1 << num_bits) - 1 # 构建掩码,用于确保计算结果在补码表示范围内
num1 = num1 & mask # 根据位数截断num1
num2 = num2 & mask # 根据位数截断num2
result = num1 + num2 # 补码相加
result = result & mask # 根据位数截断结果
return result
num1 = 1 # 0000 0001
num2 = -1 # 1111 1111
num_bits = 8 # 8位补码
result = twos_complement_addition(num1, num2, num_bits)
print("补码相加结果:", format(result, '08b')) # 输出结果,格式化为8位二进制数
运行以上代码,输出结果为:
补码相加结果: 00000000
这个例子中,通过使用位操作来确保补码相加结果的范围,并按照位数要求来截断结果,最终得到了补码加法的正确结果。