以上只是从软件的角度进行了分析,当然,从硬件的角度出发,负数使用补码表示也是有其原因的,毕竟计算机中,最终实现运算的还是硬件。主要原因有三:
1、负数的补码,与其对应正数的补码之间的转换可以用同一种方法----求补运算完成,简化硬件。
如:
原码 反码 补码
-127 -〉127 1000 0001 -〉 0111 1110 -〉 0111 1111
127 -〉-127 0111 1111 -〉 1000 0000 -〉 1000 0001
-128 -〉128 1000 0000 -〉 0111 1111 -〉 1000 0000
128 -〉-128 1000 0000 -〉 0111 1111 -〉 1000 0000
可以发现,负数和正数求补的方法是一样的。
2、可以将减法变为加法,省去了减法器。
在计算机中,我们可以看到,对其求补,得到的结果是其数值对应的负数。同样,负数也是如此。
运算中,减去一个数,等于加上它的相反数,这个小学就学过了。既然其补码就是其相反数,我们加上其补码不就可以了。
如:A - 127,
也就相当于:A + (-127),
又因为负数是以补码的形式保存的,也就是负数的真值是补码,既然这样,当我们要减一个数时,直接把其补码拿过来,加一下,就OK了,我们也可以放心地跟减法说拜拜了!
当然这也涉及到类型转换的问题,如单字节128,其原码是1000 0000,其补码也是1000 0000。这样我们+128,或者-128,都是拿1000 0000过来相加,这样不混乱掉了?还好,各个编程语言的编辑器对有类型转换相关的限制。
如:(假设常量都是单字节)
1 + 128, 真值的运算是 0000 0001 + 1000 0000 ,如果你将结果赋值给一个单字节有符号正数,编辑器会提示你超出了表示范围。因为运算的两个数据是无符号的,其结果也是无符号的129,而有符号单字节变量最大可以表示的是127。
1 - 128,真知的运算是 0000 0001 + 1000 0000 ,因为-128是有符号,其运算结果也是有符号,1000 0001,刚好是-127在计算机中的真值。
3、无符号及带符号的加法运算可以用同一电路完成。
有符号和无符号的加减,其实都是把它们的真值拿过来相加。真值,也就是一个数值在计算机中的二进制表示。正数的真值就是其原码,负数的真值是其补码。所以,有符号和无符号由编译器控制,计算机要做的不过是把两个真值拿过来相加。