C语言的本质（2）——二进制、八进制、十六进制与十进制

二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”，由18世纪德国数理哲学大师莱布尼兹发现。当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统，数据在计算机中主要是以补码的形式存储的。计算机中的二进制则是一个非常微小的开关，用“开”来表示1，“关”来表示0。

19世纪爱尔兰逻辑学家乔治布尔对逻辑命题的思考过程转化为对符号"0''.''1''的某种代数演算，二进制是逢2进位的进位制。0、1是基本算符。因为它只使用0、1两个数字符号，非常简单方便，易于用电子方式实现。

 

二进制数据的表示法

二进制数据也是采用位置计数法，其位权是以2为底的幂。例如二进制数据110.11，逢2进1，其权的大小顺序为2²、2¹、2º。对于有n位整数，m位小数的二进制数据用加权系数展开式表示，可写为：

二进制数据一般可写为：

例如：将二进制数据111.01写成加权系数的形式。

二进制和十六进制，八进制一样，都以二的幂来进位的。

二进制数据的算术运算的基本规律和十进制数的运算十分相似。最常用的是加法运算和乘法运算。

二进制加法

有四种情况： 

0+0=0

0+1=1

1+0=1

1+1=10

0 进位为1

例如求 1011（2）+11（2） 的和

1011+11^[3]

二进制乘法

有四种情况： 

0×0=0

1×0=0

0×1=0

1×1=1

二进制减法

0－0=0，

1－0=1，

1－1=0，

0－1=1。

二进制除法

0÷1=0，

1÷1=1。

计算机中的十进制小数转换二进制

计算机中的十进制小数用二进制通常是用乘二取整法来获得的。

比如0.65换算成二进制就是：

0.65 × 2 = 1.3 取1，留下0.3继续乘二取整

0.3 × 2 = 0.6 取0， 留下0.6继续乘二取整

0.6 × 2 = 1.2 取1，留下0.2继续乘二取整

0.2 × 2 = 0.4 取0， 留下0.4继续乘二取整

0.4 × 2 = 0.8 取0， 留下0.8继续乘二取整

0.8 × 2 = 1.6 取1， 留下0.6继续乘二取整

0.6 × 2 = 1.2 取1，留下0.2继续乘二取整

.......

一直循环，直到达到精度限制才停止（所以，计算机保存的小数一般会有误差，所以在编程中，要想比较两个小数是否相等，只能比较某个精度范围内是否相等。）。这时，十进制的0.65，用二进制就可以表示为：0.1010011。

还值得一提的是，在计算机中，除了十进制是有符号的外，其他如二进制、八进制、16进制都是无符号的。

在现实生活和记数器中，如果表示数的“器件”只有两种状态，如电灯的“亮”与“灭”，开关的“开”与“关”。一种状态表示数码0，另一种状态表示数码1，1加1应该等于2，因为没有数码2，只能向上一个数位进一，就是采用“满二进一”的原则，这和十进制是采用“满十进一”原则完全相同。

1+1=10，10+1=11，11+1=100，100+1=101，

101+1=110，110+1=111，111+1=1000，……，

可见二进制的10表示二，100表示四，1000表示八，10000表示十六，……。

二进制同样是“位值制”。同一个数码1，在不同数位上表示的数值是不同的。如11111，从右往左数，第一位的1就是一，第二位的1表示二，第三位的1表示四，第四位的1表示八，第五位的1表示十六。

所谓二进制，也就是计算机运算时用的一种算法。二进制只由一和零组成。

比方说吧，你上一年级时一定听说过“进位筒”（“数位筒”）吧！十进制是个位上满十根小棒就捆成一捆，放进十位筒，十位筒满十捆就捆成一大捆，放进百位筒……

二进制也是一样的道理，个位筒上满2根就向十位进一，十位上满两根就向百位进一，百位上满两根…… 二进制是世界上第一台计算机上用的算法，最古老的计算机里有一个个灯泡，当运算的时候，比如要表达“一”，第一个灯泡会亮起来。要表达“二”，则第一个灯泡熄灭，第二个灯泡就会亮起来。

二进制就是等于2时就要进位。

0=00000000

1=00000001

2=00000010

3=00000011

4=00000100

5=00000101

6=00000110

7=00000111

8=00001000

9=00001001

10=00001010

……

即是逢二进一，二进制广泛用于最基础的运算方式，计算机的运行计算基础就是基于二进制来运行。只是用二进制执行运算，用其他进制表现出来。

其实把二进制三位一组分开就是八进制, 四位一组就是十六进制

二进制与十进制的区别在于数码的个数和进位规律有很大的区别，顾名思义，二进制的计数规律为逢二进一，是以2为基数的计数体制。10这个数在二进制和十进制中所表示的意义完全不同，在十进制中就是我们通常所说的十，在二进制中，其中的一个意义可能是表示一个大小等价于十进制数2的数值。

我们可以将二进制数10表示为：10=1×2^1+0×2^0

八进制

八进制（基数为8）表示法在早期的计算机系统中很常见，因此，偶尔我们还能看到人们使用八进制表示法。八进制适用于12位和36位计算机系统（或者其他位数为3的倍数的计算机系统）。

Octal，缩写OCT或O，一种计数法，采用0，1，2，3，4，5，6，7八个数字，逢八进位，并且开头一定要以数字0开头。八进制的数较九进制的数书写方便，常应用在电子计算机的计算中。

例如：10进制的32表示成8进制就是：040 ，　10进制的9，27在八进制中分别记位011，033. 　8进制的32表示成10进制就是：3×8^1+2×8^0=26

八进制数不能表示负数和小数，用来表示整数。

八进制（基数为8）表示法在早期的计算机系统中很常见，因此，偶尔我们还能看到人们使用八进制表示法。八进制适用于12位和36位计算机系统（或者其他位数为3的倍数的计算机系统）。但是，对于位数为二的幂（8位，16位，32位与64位计算机系统）的计算机系统来说，八进制就不算很好了。因此，在过去几十年里，八进制渐渐地淡出了。不过，还是有一些程序设计语言提供了使用八进制符号来表示数字的能力，而且还是有一些比较古老的Unix应用在使用八进制。

 

十六进制

英文名称：hexadecimal number system，是计算机中数据的一种表示方法。同我们日常中的十进制表示法不一样。它由0-9,A-F组成，字母不区分大小写。与10进制的对应关系是：0-9对应0-9;A-F对应10-15;N进制的数可以用0---(N-1)的数表示超过9的用字母A-Z。

10进制的32表示成16进制就是:20

16进制的20表示成10进制就是：2×16¹+0×16º=32

十进制数可以转换成十六进制数的方法是：十进制数的整数部分“除16取余”，十进制数的小数部分“乘16取整”，进行转换。

比如说十进制的0.1转换成八进制为0.0631463146314631。就是0.1乘以8=0.8,不足1不取整， 0.8乘以8=6.4，取整数6 , 0.4乘以8=3.2，取整数3，依次下算。

编程中，我们常用的还是10进制.毕竟C/C++是高级语言。

比如：

int a = 100,b = 99;

不过，由于数据在计算机中的表示，最终以二进制的形式存在，所以有时候使用二进制，可以更直观地解决　 问题。但二进制数太长了。比如int 类型占用4个字节，32位。比如100，用int类型的二进制数表达将是：

0000

0000

0000

0000

0110

0100

面对这么长的数进行思考或操作，没有人会喜欢。因此，C,C++ 没有提供在代码直接写二进制数的方法。用16进制或8进制可以解决这个问题。因为，进制越大，数的表达长度也就越短。不过，为什么偏偏是16或8进制，而不其它的，诸如9或20进制呢？2、8、16，分别是2的1次方、3次方、4次方。这一点使得三种进制之间可以非常直接地互相转换。8进制或16进制缩短了二进制数，但保持了二进制数的表达特点。

使用十六进制的意义是：

1 用于计算机领域的一种重要的数制。

2 对计算机理论的描述，计算机硬件电路的设计都是很有益的。比如逻辑电路设计中，既要考虑功能的完备，还要考虑用尽可能少的硬件，十六进制就能起到一些理论分析的作用。比如四位二进制电路，最多就是十六种状态，也就是一种十六进制形式，只有这十六种状态都被用上了或者尽可能多的被用上，硬件资源才发挥了尽可能大的作用。

3 十六进制更简短，因为换算的时候一位16进制数可以顶4位2进制数。

 

进制转换

1、二进制转十进制

方法：“按权展开求和”

比如：

规律：个位上的数字的次数是0，十位上的数字的次数是1，......，依次递增，而十

分位的数字的次数是-1，百分位上数字的次数是-2，......，依次递减。

注意：不是任何一个十进制小数都能转换成有限位的二进制数。

2、十进制转二进制

· 十进制整数转二进制数：“除以2取余，逆序排列”（除二取余法）

比如：

89÷2 ……1

44÷2 ……0

22÷2 ……0

11÷2 ……1

5÷2 ……1

2÷2 ……0

1

  十进制小数转二进制数：“乘以2取整，顺序排列”（乘2取整法）

比如：

(0．625)10= (0．101)2

0.625X2=1.25 ……1

0.25 X2=0.50 ……0

0.50 X2=1.00 ……1

 

3、二进制数转换成十六进制数：

二进制数转换成十六进制数时，只要从小数点位置开始，向左或向右每四位二进制划分一组（不足四位数可补0），然后写出每一组二进制数所对应的十六进制数码即可。

十六进制数转换成二进制数：把每一个十六进制数转换成4位的二进制数，就得到一个二进制数。

十六进制数字与二进制数字的对应关系如下：

0000 -> 0 0100 -> 4 1000 ->8 1100 -> C

0001 -> 1 0101 -> 5 1001 ->9 1101 -> D

0010 -> 2 0110 -> 6 1010 ->A 1110 -> E

0011 -> 3 0111 -> 7 1011 ->B 1111 -> F

比如：将十六进制数5DF.9 转换成二进制：

5 D F ． 9

0101 1101 1111 ．1001

即：（5DF.9）16 =（10111011111.1001）2{十六进制怎么会有小数点}

比如：将二进制数1100001.111 转换成十六进制：

0110 0001 ． 1110

6 1 ． E

即：（1100001.111）2 =（61.E）16

4、二进制数转换成八进制数：从小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每3位为一组用一位八进制数的数字表示，不足3位的要用“0”补足3位，就得到一个八进制数。

八进制数转换成二进制数：把每一个八进制数转换成3位的二进制数，就得到一个二进制数。

八进制数字与二进制数字对应关系如下：

000 -> 0 | 100 -> 4

001 -> 1 | 101 -> 5

010 -> 2 | 110 -> 6

011 -> 3 | 111 -> 7

比如：将八进制的37.416转换成二进制数：

3 7 ． 4 1 6

011 111 ．100 001 110

即：（37.416）8 =（11111.10000111）2

比如：将二进制的10110.0011 转换成八进制：

0 1 0 1 1 0 . 0 0 1 1 0 0

2 6 . 1 4

即：（10110.0011）2 = （26.14）8

 

二进制与八进制的互相转换和二进制与十六进制的转换类似，区别在于需要操作的是三位一组而不是四位。

二进制/八进制换算表

二进制	八进制
000	0
001	1
010	2
011	3
100	4
101	5
110	6
111	7

为了将一个二进制数换算为八进制，只需将二进制串划分成每三个位一组（如果需要的话，在前面补零），然后查表2-2，将三位一组的位串替换为相应的八进制数字即可。

 

5、八进制数换算为十六进制

只需将八进制数换算为二进制，然后再换算为十六进制即可。

一种计数法，采用0，1，2，3，4，5，6，7八个数码，逢八进位，并且开头一定要以数字0开头。八进制的数较二进制的数书写方便，常应用在电子计算机的计算中。

例如：

10进制的32表示成8进制就是：040

10进制的9，27在八进制中分别记位011，033.

6、八进制化为十进制：

将八进制数12.6转换成十进制数

（12.6）8 = 1×8^1 + 2×8^0 + 6×8^-1 = （10.75）10

7、八进制化为二进制：

按照顺序，每1位八进制数改写成等值的3位二进制数，次序不变。

比如：（17.36）8 = （001 111 .011 110）2 = （1111.01111）2

八进制化为十六进制

先将八进制化为二进制，再将二进制化为十六进制。

例：（712）8 = （1110 0101 0）2 = （1CA）16

8、十六进制化为八进制：

先用1化4方法，将十六进制化为二进制；再用3并1方法，将二进制化为8制。

例： （1CA）16 = （111001010）2 = （712）8

说明：小数点前的高位零和小数点后的低位零可以去除。

9、十进制化八进制

方法1：采用除8取余法。

例：将十进制数115转化为八进制数

8| 115…… 3

8| 14 …… 6

8| 1 …… 1

结果：（115）10 = （163）8

 

方法2：先采用十进制化二进制的方法，再将二进制数化为八进制数

比如：（115）10 = （1110011）2 = （163）8

 

10、十六进制转换十进制

16进制就是逢16进1，但我们只有0~9这十个数字，所以我们用A，B，C，D，E，F这六个字母来分别表示10，11，12，13，14，15。字母不区分大小写。

十六进制数的第0位的权值为16的0次方，第1位的权值为16的1次方，第2位的权值为16的2次方……

所以，在第N（N从0开始）位上，如果是是数 X （X 大于等于0，并且X小于等于 15，即：F）表示的大小为 X×16的N次方。

假设有一个十六进数 2AF5

直接计算就是：

5×16⁰+F×16¹+A×16²+2×16³=10997

也可以用竖式表示：

第0位： 5×16⁰=5

第1位： F×16^1=240

第2位： A×16²=2560

第3位： 2×16³=8192

-------------------------------

10997

此处可以看出，所有进制换算成10进制，关键在于各自的权值不同。

假设有人问你，十进数 1234 为什么是 一千二百三十四？你尽可以给他这么一个算式：

1234 = 1×10³+2×10²+3×10¹+4×10⁰