本文基礎(chǔ)知識(shí)大部分來(lái)自于大學(xué)學(xué)習(xí)的 計(jì)算機(jī)組成原理，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論等教材

引論

編程語(yǔ)言中,多數(shù)都會(huì)由byte類(lèi)型，那byte類(lèi)型是一個(gè)什么樣的概念呢，占用字節(jié)數(shù)為1，為什么值范圍是-128~127呢，帶著這樣的疑問(wèn)我們進(jìn)入話題

十進(jìn)制數(shù)  97 和-97對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制 1100001 和 -1100001

在數(shù)學(xué)中,是將正號(hào)“十”和負(fù)號(hào)“一”放在絕對(duì)值前面來(lái)表示該數(shù)是正數(shù)還是負(fù)數(shù)的。而在計(jì)算機(jī)中則使用符號(hào)位來(lái)表示正、負(fù)數(shù)。符號(hào)位規(guī)定放在數(shù)的最前面,并用“0”表示正數(shù)，用“1”表示負(fù)數(shù)。這樣,數(shù)的符號(hào)也數(shù)碼化了。在計(jì)算機(jī)中,負(fù)數(shù)有三種表示方法:原碼、反碼和補(bǔ)碼。任何正數(shù)的原碼、補(bǔ)碼和反碼的形式完全相同,而負(fù)數(shù)則有各種不同的表示形式。為區(qū)分起見(jiàn),將原來(lái)用一般形式表示的數(shù)X稱(chēng)為機(jī)器數(shù)的真值,而將數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的各種編碼表示稱(chēng)為機(jī)器數(shù)，根據(jù)表示方法的不同分別記為[X]原、[X]反和[X]補(bǔ)等

在由日常數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)硬件能夠直接識(shí)別、處理的機(jī)器數(shù)時(shí)，需要解決三個(gè)問(wèn)題

1. 只能采用二進(jìn)制數(shù)，每位數(shù)碼非0即1；

2. 將符號(hào)位數(shù)字化，如用0表示正號(hào)，用1表示負(fù)號(hào)；

3. 采用什么編碼方法表示數(shù)值。

一、原碼、補(bǔ)碼、反碼

原碼

原碼表示法約定：讓數(shù)碼序列的最高位為符號(hào)位，符號(hào)位為0表示該數(shù)為正，為1表示該數(shù)為負(fù)；數(shù)碼序列的其余部分為有效數(shù)值，用二進(jìn)制數(shù)絕對(duì)值表示。

97對(duì)應(yīng)的 原碼：0 1100001   -97對(duì)應(yīng)的原碼：1 1100001 

反碼

正數(shù)的反碼是其本身（等于原碼）；負(fù)數(shù)的反碼是將原碼中除符號(hào)位以外的所有位（數(shù)值位）取反，也就是 0 變成 1，1 變成 0

97 的 原碼和反碼都是：0 1100001   

-97 的原碼：1 1100001 

-97 的反碼：1 0011110

補(bǔ)碼

假設(shè) 我們用原碼進(jìn)行加減法操作，示例 十進(jìn)制 -2  對(duì)應(yīng)二進(jìn)制 1 0000010，十進(jìn)制 3  對(duì)應(yīng)二進(jìn)制 0 0000011，正數(shù)之間是不會(huì)有問(wèn)題的，但負(fù)數(shù)相加就會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題

 為了克服原碼表示法在加、減運(yùn)算中的缺點(diǎn)，引入了補(bǔ)碼表示法，并以此作為加、減運(yùn)算的基礎(chǔ)。引入補(bǔ)碼表示法的目的是：讓符號(hào)位也作為數(shù)值的一部分直接參與運(yùn)算，以簡(jiǎn)化加、減運(yùn)算的規(guī)則，同時(shí)又能化減為加。下面舉個(gè)例子說(shuō)明補(bǔ)碼的思想：

如 時(shí)鐘。時(shí)鐘以12為一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)，在有模運(yùn)算中稱(chēng)為“以12為模”。13點(diǎn)舍去模12后，就是1點(diǎn)。從0點(diǎn)位置出發(fā)，沿反時(shí)針?lè)较驅(qū)r(shí)針撥動(dòng)-1格（即-1點(diǎn)），等同于沿順時(shí)針?lè)较驌軇?dòng)11格（即11點(diǎn)）。換句話說(shuō)，在以12為模的前提下，-1可以映射為+11。由此我們得到啟發(fā)：在有模運(yùn)算中，一個(gè)負(fù)數(shù)可以用一個(gè)與它互為補(bǔ)碼的正數(shù)來(lái)代替。

補(bǔ)碼示例

注：數(shù)的原碼表示形式簡(jiǎn)單，適合于進(jìn)行乘除運(yùn)算，但用原碼表示的數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算比較復(fù)雜。引入補(bǔ)碼以后，減法運(yùn)算可以使用加法來(lái)實(shí)現(xiàn)，且數(shù)的符號(hào)位也可以當(dāng)作運(yùn)算值一樣參加運(yùn)算，因此在計(jì)算機(jī)中大都采用補(bǔ)碼來(lái)進(jìn)行加減運(yùn)算。

 二、Byte結(jié)構(gòu)

在絕大多數(shù)語(yǔ)言中 Byte結(jié)構(gòu)都是 1字節(jié) 范圍 [-128,127]

這個(gè)參考上文講的 機(jī)器數(shù) 是計(jì)算機(jī)里存儲(chǔ)的，計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)，所以 Byte 1字節(jié)是8位，可以表示的范圍是 0000 0000 ~ 1111 1111，注意此處存儲(chǔ)的是 原數(shù)值的補(bǔ)碼

正數(shù)部分：正數(shù)的補(bǔ)碼還是自己，即 0000 0000 ~ 0111 1111 表示范圍是 [0,127] , 

負(fù)數(shù)部分：負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼 是該數(shù)的原碼除負(fù)號(hào)位外各位取反，然后在最后一位加1，

即 1111 1111 ~ 1000 0000 對(duì)應(yīng)的原值 1 0000 0000 ~ 1000 0001  即為 [-128,-1]

注意：其實(shí)有的時(shí)候很難理解 把 1000 0000 轉(zhuǎn)換為 -128，這個(gè)原因是 高位被截?cái)啵鋵?shí)他的原碼應(yīng)該是 1 0000 0000 然后取補(bǔ)碼得到 1000 0000

 以下為Java代碼示例

到此這篇關(guān)于計(jì)算機(jī)組成原理之源碼、反碼、補(bǔ)碼詳解及Byte結(jié)構(gòu)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)源碼、反碼、補(bǔ)碼詳解內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持腳本之家！

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