为什么C，C ++，Java不使用一个补码？

Question

我听说C，C ++，Java使用两个补码进行二进制表示。为什么不使用1补充？使用2补语超过1补语是否有任何优势？

Answer 1

使用两个补码有符号整数更加清晰。您基本上可以添加签名值，就好像它们是未签名的并且可以按预期工作，而不必明确处理额外的进位添加。检查值是否为0也更容易，因为两个补码仅包含一个0值，而一个补码允许一个定义正零和负零。

对于额外的进位添加，请考虑将正数添加到小的负数。由于一个补码的表示，当看作无符号数量时，小的负数实际上相当大。将两者相加可能会导致进位溢出。与无符号加法不同，这并不一定意味着该值太大而无法表示在一个补码中，只是表示暂时超过了可用的位数。为了弥补这一点，在将两个补码数加在一起后，将进位位重新加入。

Answer 2

数字的内部表示不是任何一种语言的一部分，它是机器本身架构的一个特征。大多数实现使用2的补码，因为它使加法和减法具有相同的二进制运算（有符号和无符号运算是相同的）。

Answer 3

这是一个功课问题吗？如果是这样，想想你如何在1的补体系统中代表0。

Answer 4

不同语言的答案有所不同。

在C的情况下，理论上 可以在1的补码机器上实现语言...如果你仍然可以找到一个工作的补码机器来运行你的程序！使用1的补码会引入可移植性问题，但这是C的标准。我不确定C ++的交易是什么，但如果它是相同的话我也不会感到惊讶。

对于Java，语言规范规定了基元类型的精确大小和表示，以及算术运算符的精确行为。这样做是为了消除在使这些实现具体化时出现的可移植性问题。 Java设计者指定了2的补码算法，因为所有现代CPU架构都实现了2的补码，而不是1的补码整数。

为什么现代硬件实现2的补码而不是1的补码，请看一下（例如）关于这个主题的维基百科页面。看看你是否可以弄清楚替代方案的含义。

Answer 5

至少C和C ++通过语言的~运算符提供1的补码否定（与逐位否定相同）。大多数处理器 - 以及所有现代处理器 - 使用2的补码表示有几个原因：

• 添加正数和负数与添加无符号整数相同
• 由于两个0（+0和-0）
的表示而没有“浪费”的值

编辑： draft of C++0x未指定有符号整数类型是1的补码还是2的补码，这意味着早期版本的C和C ++确实指定了它。您观察到的是实现定义的行为，由于性能原因，它至少是现代处理器的2补码。

Answer 6

几乎所有现有的CPU硬件都使用了两个补码，因此大多数编程语言也都有用。

如果硬件提供，C和C ++支持一个补码。

Answer 7

它与零和舍入有关。如果你使用第一补码，你最终可能有两个零。有关详细信息，请参阅here。

Answer 8

符号幅度表示对于数字代码会好得多。缺乏对称性是2的补码的真正问题，并且还排除了许多有用的（以数字为导向）比特黑客。 2的补充还引入了特技情况，其中算术运算可能无法给出您认为可能的结果。所以你必须注意分裂，转移和否定。