一文搞懂：二进制、十进制、十六进制换算与字节表示原理

在计算机编程和底层开发中，二进制、十进制、十六进制的转换是基础中的基础。很多新手会困惑：为什么计算机偏爱二进制？为什么用0x加两位字符表示一个字节？本文结合239（十进制）、11101111（二进制）、0xEF（十六进制）的实例，把这些问题讲透。

一、三种进制的核心定义

首先明确三种进制的本质：不同的计数规则，核心区别是“逢几进一”。

进制	基数	计数规则	字符集	示例（对应同一个值）
十进制	10	逢10进1	0-9	239
二进制	2	逢2进1	0、1	11101111
十六进制	16	逢16进1	0-9 + A-F（对应10-15）	0xEF

注：十六进制中A-F不区分大小写，0xEF和0xef表示同一个值。

二、核心换算关系（以239为例）

1. 十进制 ↔ 二进制（基础方法）

（1）十进制转二进制：除2取余法

以239为例，反复除以2直到商为0，余数倒序排列：

239 ÷ 2 = 119 余 1
119 ÷ 2 = 59  余 1
59 ÷ 2 = 29   余 1
29 ÷ 2 = 14   余 1
14 ÷ 2 = 7    余 0
7 ÷ 2 = 3     余 1
3 ÷ 2 = 1     余 1
1 ÷ 2 = 0     余 1

倒序取余数 → 11101111。

（2）二进制转十进制：按位权展开

二进制11101111的每一位对应2^7到2^0的权值，求和：

1×2^7 + 1×2^6 + 1×2^5 + 0×2^4 + 1×2^3 + 1×2^2 + 1×2^1 + 1×2^0
= 128 + 64 + 32 + 0 + 8 + 4 + 2 + 1
= 239

2. 十进制 ↔ 十六进制（简化方法）

（1）十进制转十六进制：除16取余法

239 ÷ 16 = 14 余 15 （15对应十六进制F）
14 ÷ 16 = 0  余 14 （14对应十六进制E）

倒序取余数 → EF，规范写法加前缀0xEF。

（2）十六进制转十进制：按位权展开

0xEF = 14×16^1 + 15×16^0 = 224 + 15 = 239

3. 二进制 ↔ 十六进制（最快捷径）

核心原理：1位十六进制 = 4位二进制（因为2^4=16），这是效率最高的转换方式，推荐优先使用。

（1）二进制转十六进制：4位分组

将11101111从右往左每4位分组（不足补0）：

1110 1111
↓    ↓
E    F

结果 → EF。

（2）十六进制转二进制：查表替换

记住4位二进制对照表，直接替换：

十六进制	二进制	十六进制	二进制
0	0000	8	1000
1	0001	9	1001
2	0010	A	1010
3	0011	B	1011
4	0100	C	1100
5	0101	D	1101
6	0110	E	1110
7	0111	F	1111

示例：0xEF → E(1110) + F(1111) → 11101111。

4. 换算流程可视化

graph LR A[十进制239] -->|除16取余| B[十六进制EF] B -->|4位替换| C[二进制11101111] C -->|按位权展开| A A -->|除2取余| C C -->|4位分组| B B -->|按位权展开| A

三、为什么用0x+两位字符表示一个字节？

1. 先明确：什么是“字节”？

计算机最小的可寻址存储单位是字节（Byte），1字节 = 8位二进制（bit）。
8位二进制的取值范围：00000000（0）~ 11111111（255）。

2. 核心原因：十六进制是二进制的“精简表示”

• 8位二进制 → 拆分为2组4位二进制 → 对应2位十六进制（00~`FF`）。
• 十进制需要3位（0~255），二进制需要8位，而十六进制仅需2位，书写和阅读最简洁。

3. 0x前缀的作用

0x是编程领域的十六进制标识，目的是避免混淆：

• 比如239是十进制，0x239是十六进制（对应十进制569）；
• 比如EF可能被误解为字符串，0xEF明确是十六进制数值。

4. 代码示例：验证换算关系

以Python为例，直观验证三种进制的转换：

# 十进制239转二进制、十六进制
decimal_num = 239
binary_num = bin(decimal_num)  # 二进制，前缀0b
hex_num = hex(decimal_num)     # 十六进制，前缀0x

print(f"十进制 {decimal_num} → 二进制：{binary_num}")  # 输出：0b11101111
print(f"十进制 {decimal_num} → 十六进制：{hex_num}")    # 输出：0xef

# 十六进制0xEF转十进制、二进制
hex_str = "0xef"
decimal_from_hex = int(hex_str, 16)
binary_from_hex = bin(int(hex_str, 16))

print(f"十六进制 {hex_str} → 十进制：{decimal_from_hex}")  # 输出：239
print(f"十六进制 {hex_str} → 二进制：{binary_from_hex}")    # 输出：0b11101111

# 二进制转十进制、十六进制
binary_str = "11101111"
decimal_from_bin = int(binary_str, 2)
hex_from_bin = hex(int(binary_str, 2))

print(f"二进制 {binary_str} → 十进制：{decimal_from_bin}")  # 输出：239
print(f"二进制 {binary_str} → 十六进制：{hex_from_bin}")    # 输出：0xef

四、总结

1. 换算核心技巧：十进制转二进制优先走“十进制→十六进制→二进制”捷径，利用“1位十六进制=4位二进制”减少计算量；
2. 字节表示原理：1字节=8位二进制，恰好对应2位十六进制，0x前缀明确标识十六进制，是计算机中表示字节最简洁的方式；
3. 记忆关键点：记住4位二进制与十六进制的对照表，能大幅提升换算效率。

掌握这些规则后，你就能快速在三种进制间切换，理解计算机底层的数值表示逻辑。