探索位运算、原码、反码、补码：从理解到应用

2024-01-08 20:09:47

深入理解位运算、原码、反码、补码：探索比特世界的奥秘

嘿，伙计们，准备踏上一趟激动人心的旅程，深入探索位运算、原码、反码和补码的奇妙世界！这些看似晦涩难懂的概念，实际上在计算机科学中扮演着至关重要的角色，不仅能让你成为一名出色的 Web 开发人员，更能帮助你解开计算机内部运作的奥秘。

1. 位运算：操纵比特的魔术

想象一下，你正在玩一个巨大的拼图，但每个碎片都是一个二进制位。位运算就像是一套工具，可以让你操纵这些比特碎片，创造出更复杂的图案。你可以通过与、或、非和异或等运算来组合和转换它们。就像乐高积木一样，这些运算可以让你实现各种有用的功能，比如检查奇偶校验、进制转换、按位掩码等。

代码示例：

// 与运算 (0 & 1 = 0)
console.log(0 & 1); // 0

// 或运算 (0 | 1 = 1)
console.log(0 | 1); // 1

// 非运算 (~0 = 1)
console.log(~0); // 1

// 异或运算 (0 ^ 1 = 1)
console.log(0 ^ 1); // 1

2. 原码、反码、补码：整数的二进制表达

当你需要将整数存储在计算机中时，你需要一种方法来用二进制位表示它们。这就是原码、反码和补码登场的时候。

原码： 最简单的方法，它用二进制位直接表示正数，而负数则取反后加 1。
反码： 将原码的所有位取反得到。
补码： 在反码的基础上加 1 得到。

虽然反码很少单独使用，但补码在计算机中有着举足轻重的作用。

3. 补码的魔力：简化运算，提高效率

补码的魅力在于它使得加减法运算变得异常简单。无论正数还是负数，它们都可以统一成加法运算来进行。而且，补码还提供了方便的溢出检测机制，帮助计算机在运算超出其范围时及时报警。

代码示例：

// 补码加法 (-5 + 3)
const num1 = -5; // 11111111111111111111111111111011 (32 位补码)
const num2 = 3; // 00000000000000000000000000000011 (32 位补码)

// 将两个补码相加
const result = num1 + num2;

// 将结果转换为原码 (-2)
console.log(result.toString(2)); // 11111111111111111111111111111110