按位取反是计算机二进制运算中的一种基本操作，其核心思想是对二进制数的每一位进行逻辑取反，即0变为1，1变为0。以下是具体解析：

一、基本定义

按位取反（Bitwise NOT，符号为~）是直接对二进制数的每一位进行取反操作，不涉及数值的符号扩展或转换。例如：

二进制数 `0010`（即十进制数2）按位取反后为 `1101`（即十进制数13）。

二、操作规则

符号位处理

正数的符号位为0，取反后仍为0；

负数的符号位为1，取反后仍为1。

数值位翻转

所有数值位（0变1，1变0）。

三、实际应用场景

补码运算

计算机内部以补码形式存储有符号整数，按位取反通常用于计算补码（如求负数的补码）。

位掩码与权限控制

通过按位取反实现权限验证，例如判断某位是否为1来决定是否允许访问。

加密与数据操作

在某些加密算法中，按位取反用于混淆数据。

四、示例说明

以8位二进制数 `0000 1001`（即十进制数9）为例：

原码：

0000 1001

按位取反：1111 0110（即十进制数-9）。

五、注意事项

按位取反是单目操作，需注意操作数的类型（如无符号数与有符号数）；

在C语言中，按位取反操作符为 `~`，例如 `~a` 表示对变量 `a` 的二进制位取反。

通过以上解析，可以清晰理解按位取反的原理、规则及应用场景。