Python中的二的补码

Question

在Python中，有没有什么内置的函数可以把一个二进制字符串，比如说'111111111111'，转换成二进制补码表示的-1呢？

Answer 1

这个功能并不是内置的，但如果你想要一些不寻常长度的数字，可以使用bitstring模块。

>>> from bitstring import Bits
>>> a = Bits(bin='111111111111')
>>> a.int
-1

同一个对象可以通过几种不同的方式来创建，包括：

>>> b = Bits(int=-1, length=12)

它就像是一串任意长度的二进制位，并且可以通过不同的属性来获得不同的解释：

>>> print a.int, a.uint, a.bin, a.hex, a.oct
-1 4095 111111111111 fff 7777

Answer 2

从Python 3.2开始，Python里有一些内置的函数可以用来处理字节数据，你可以在这里找到相关信息：https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html#int.to_bytes。

通过结合使用to_bytes和from_bytes这两个函数，你可以得到：

def twos(val_str, bytes):
    import sys
    val = int(val_str, 2)
    b = val.to_bytes(bytes, byteorder=sys.byteorder, signed=False)                                                          
    return int.from_bytes(b, byteorder=sys.byteorder, signed=True)

检查一下：

twos('11111111', 1)  # gives -1
twos('01111111', 1)  # gives 127

对于旧版本的Python，travc的回答是不错的，但如果你想处理整数而不是字符串，它在处理负数时就不太管用了。这里有一个二进制补码的函数，满足f(f(val)) == val对于每个val都成立：

def twos_complement(val, nbits):
    """Compute the 2's complement of int value val"""
    if val < 0:
        val = (1 << nbits) + val
    else:
        if (val & (1 << (nbits - 1))) != 0:
            # If sign bit is set.
            # compute negative value.
            val = val - (1 << nbits)
    return val

Answer 3

二进制补码在最高位是1的时候，会减去 (1<<bits)。以8位为例，这样的范围是从127到-128。

这是一个计算整数补码的函数...

def twos_comp(val, bits):
    """compute the 2's complement of int value val"""
    if (val & (1 << (bits - 1))) != 0: # if sign bit is set e.g., 8bit: 128-255
        val = val - (1 << bits)        # compute negative value
    return val                         # return positive value as is

从二进制字符串转换特别简单...

binary_string = '1111' # or whatever... no '0b' prefix
out = twos_comp(int(binary_string,2), len(binary_string))

对我来说，从十六进制值转换更有用（这个例子是32位）...

hex_string = '0xFFFFFFFF' # or whatever... '0x' prefix doesn't matter
out = twos_comp(int(hex_string,16), 32)

Python中的二的补码

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