大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。
负数的二进制表示方法
假设有一个 int 类型的数，值为3，那么，我们知道它在计算机中表示为：
00000000 00000000 00000000 00000011
因为int类型的数占用4字节（32位），所以前面填了一堆0。
在计算机中，负数以其正值的补码形式表达。
什么叫补码呢？这得先从原码，反码说起。
原码：一个整数，按照绝对值大小转换成的二进制数，称为原码。
比如 00000000 00000000 00000000 00000011 是 3的 原码。
反码：将二进制数按位取反，所得的新二进制数称为原二进制数的反码。
取反操作指：1变0；0变1
比如：00000000 00000000 00000000 00000011的反码是11111111 11111111 11111111 11111100。
补码：反码加1称为补码。
也就是说，要得到一个数的补码，先得到反码，然后将反码加上1，所得数称为补码。
比如：00000000 00000000 00000000 00000011 的反码是：11111111 11111111 11111111 11111100。
那么，补码为：
11111111 11111111 11111111 11111100 1 = 11111111 11111111 11111111 11111101
所以，-3 在计算机中表达为：11111111 11111111 11111111 11111101。转换为十六进制：0xFFFFFFFD。
整数-1在计算机中如何表示。
假设这也是一个int类型，那么：
1、先取1的原码：00000000 00000000 00000000 00000001
2、得反码： 11111111 11111111 11111111 11111110
3、得补码： 11111111 11111111 11111111 11111111
可见，－1在计算机里用二进制表达就是全1。16进制为：0xFFFFFF
负数用补码原因：
INT_MAX = 2147483647 ;
cout<<INT_MAX 1<<endl; //正确结果为-2147483648
UINT_MAX = 4294967295；
cout<<UINT_MAX 1<<endl; //正确结果为0
负数在计算机中如何表示？
举例来说， 8在计算机中表示为二进制的1000，那么-8怎么表示呢？
很容易想到，可以将一个二进制位（bit）专门规定为符号位，它等于0时就表示正数，等于1时就表示负数。比如，在8位机中，规定每个字节的最高位为符号位。那么， 8就是00001000，而-8则是10001000。
但是，随便找一本《计算机原理》，都会告诉你，实际上，计算机内部采用2的补码（Two’s Complement）表示负数。
什么是2的补码？
它是一种数值的转换方法，要分二步完成：
第一步，每一个二进制位都取相反值，0变成1，1变成0。比如，00001000的相反值就是11110111。
第二步，将上一步得到的值加1。11110111就变成11111000。
所以，00001000的2的补码就是11111000。也就是说，-8在计算机（8位机）中就是用11111000表示。
不知道你怎么看，反正我觉得很奇怪，为什么要采用这么麻烦的方式表示负数，更直觉的方式难道不好吗？
为什么要用2的补码
首先，要明确一点。计算机内部用什么方式表示负数，其实是无所谓的。只要能够保持一一对应的关系，就可以用任意方式表示负数。所以，既然可以任意选择，那么理应选择一种最方便的方式。
2的补码就是最方便的方式。它的便利体现在，所有的加法运算可以使用同一种电路完成。
还是以-8作为例子。
假定有两种表示方法。一种是直觉表示法，即10001000；另一种是2的补码表示法，即1 1111000。请问哪一种表示法在加法运算中更方便？
随便写一个计算式，16 (-8) = ? 1 0001000 取反 1 1110111 加1 1 = 1 1111000
再取反 1 0000111 1 = 1 0001000 取反不不包括符号位两次取反得到原值
正数的补码是其本身 负数的补码是符号位不变 其他位取反之后加1
连着变换两次相当于没有做任何操作
16的二进制表示是 00010000，所以用直觉表示法，加法就要写成：
０００１００００ ＋１０００１０００ －－－－－－－－－ １００１１０００
可以看到，如果按照正常的加法规则，就会得到10011000的结果，转成十进制就是-24。显然，这是错误的答案。也就是说，在这种情况下，正常的加法规则不适用于正数与负数的加法，因此必须制定两套运算规则，一套用于正数加正数，还有一套用于正数加负数。从电路上说，就是必须为加法运算做两种电路。
现在，再来看2的补码表示法。
０００１００００ ＋１１１１１０００ －－－－－－－－－ １００００１０００
可以看到，按照正常的加法规则，得到的结果是100001000。注意，这是一个9位的二进制数。我们已经假定这是一台8位机，因此最高的第9位是一个溢出位，会被自动舍去。所以，结果就变成了00001000，转成十进制正好是8，也就是16 (-8) 的正确答案。这说明了，2的补码表示法可以将加法运算规则，扩展到整个整数集，从而用一套电路就可以实现全部整数的加法。
2的补码的本质及正确性
我们要看先一下模的概念
“模”是指一个计量系统的计数范围。如时钟等。计算机也可以看成一个计量机器，它也有一个计量范
围，即都存在一个“模”。例如：
时钟的计量范围是0～11，模=12。
表示n位的计算机计量范围是0～2^(n)-1，模=2^(n)。
“模”实质上是计量器产生“溢出”的量，它的值在计量器上表示不出来，计量器上只能表示出模的
余数。任何有模的计量器，均可化减法为加法运算。
例如： 假设当前时针指向10点，而准确时间是6点，调整时间可有以下两种拨法：
你可以往回拨4个小时，也可以向前拨8个小时（12-10 6，在钟表系统里模是12）
在以12模的系统中，加8和减4效果是一样的，因此凡是减4运算，都可以用加8来代替。
对“模”而言，8和4互为补数。实际上以12模的系统中，11和1，10和2，9和3，7和5，6和6都有这个特
性。共同的特点是两者相加等于模。
对于计算机，其概念和方法完全一样。n位计算机，设n=8， 所能表示的最大数是11111111，若再
加1称为100000000(9位)，但因只有8位，最高位1自然丢失。又回了00000000，所以8位二进制系统的
模为2^8。 在这样的系统中减法问题也可以化成加法问题，只需把减数用相应的补数表示就可以
了。
再次重申一下这句话：
在以12模的系统中，加8和减4效果是一样的，因此凡是减4运算，都可以用加8来代替。
所以对于模为10000 0000的8位系统来说，减去b和加上10000 0000-b是一个道理，而（10000 0000-b）是什么？恰好就是b的补码
补码怎么求，“取反加一” 这口诀怎么来的？
承认了8 – 5 = 8 （-5的补码）这个事实后，我们来看-5的补码怎么求，“取反加一”怎么来的
其实看完了上面的模的问题，该问题的答案基本已经出来了
-5的补码是 10000 0000 – 5 = 1111 1111 1 -5 = （1111 1111 – 5） 1
1111 1111减去一个数事实上就是在对这个数取反，后面那个是 1
两个小问题的解释：
(1)
32位系统里，int的最大值为01111111 11111111 11111111 11111111，加1之后为
10000000 00000000 00000000 00000000。这个数是什么？
首先这是个负数–>负数在计算器里都是补码形式存放–>这是个补码–>那么真值是？–> -2147483648（已知负数的补码求该负数，不会求的百度一下吧。。。）
(2) 再取反就得到原来的值
对于unsigned，最大值（32个1）加1后最前面的1自然丢失，剩下32个0，所以就是0。
结束。
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