机器数和原码，反码，补码什么关系

### 机器数与原码、反码、补码的关系解释

#### 定义说明
机器数是指在计算机内部表示的数据形式，通常采用二进制编码方式来表达数值。为了适应不同需求下的运算处理，存在多种编码方法，其中最常见的是原码、反码和补码。

#### 正数情况分析
对于正数而言，无论是原码还是反码以及补码，三者的表现形式完全相同，即符号位为`0`，其余各位代表真正的数值大小[^1]。

例如单字节的5：
- **原码**：0000 0101
- **反码**：0000 0101 （因为是正数）
- **补码**：0000 0101 （同样适用于正数）

positive_number = 5
binary_representation = bin(positive_number)[2:].zfill(8)
print(f"Positive number {positive_number} binary representation: {binary_representation}")

#### 负数情况解析
当涉及到负数时，则会有所不同：

- **原码**：最高位作为符号位设为`1`，后面跟上该数绝对值对应的二进制序列；

单字节 `-5` 的原码为 `1000 0101`.

- **反码**：基于原码基础上，除了保持首位不变外，对其它所有位求反操作得到的结果称为反码；

单字节 `-5` 的反码计算过程如下所示：
- 原码：1000 0101
- 求反得反码：1111 1010

- **补码**：通过给定的反码加一获得最终的补码表示法。这样做可以简化减法器的设计并解决某些特殊情况下可能出现的问题（比如两个相反数相加等于零的情况）。因此，在实际应用中几乎所有的现代计算机都会使用补码来进行算术逻辑单元(ALU)中的加减乘除四则运算。

继续以上述例子来看，
- 反码：1111 1010
- 加一则变为补码：1111 1011

negative_number = -5
original_code = '1' + format(abs(negative_number), 'b').rjust(7, '0')
complement_one = ''.join(['1' if bit == '0' else '0' for bit in original_code[1:]]) # 计算反码
final_complement_two = complement_one[:len(complement_one)-1] + str(int(complement_one[-1])+1)[-1]

print(f"Negative number {-abs(negative_number)}:\nOriginal Code:{original_code}\nComplement One (Reverse):{complement_one}\nFinal Complement Two (Addition of one to reverse code):{''.join(final_complement_two)}")