說明：本文參考了文章《Java按位取反運算符“~”》，鏈接：https://blog.csdn.net/smilecall/article/details/4245447
補充：位運算符（~、&、|、^，<<、>>）都是在補碼（計算機存儲的形式）上操作。（原答案如下）
1.二進制數在內存中是以補碼的形式存放的；補碼首位是符號位，0表示此數為正數，1表示此數為負數
如：
正數9——>具有符號位的二進制原碼01001（首位表示符號位）——>補碼01001（(第2條會講補碼怎么來的）——>在內存中的形式0***1001（*表示無效位，其數量取決於分配的內存空間）
負數-1——>具有符號位的二進制原碼11（首位表示符號位）——>補碼11(第2條)——>在內存中的形式1***1（*表示無效位）
2. 正數、負數的補碼是什么？
①正數的補碼、反碼都是其二進制本身，只是需要在首位填加0，作為符號位。
如：
正數9——>二進制01001（首位表示符號位的二進制形式）——>補碼01001（不變）
②負數的反碼：符號位1不變，后面有效位數全部取反（有效位是指該數的無符號二進制位，如9的有效位指1001，-1的有效位指1）；
負數的補碼：其反碼再加1得到，即原碼通過符號位不變，且有效位按位取反再加1也可得到；
如：
負數-1——>二進制原碼11——>反碼10（符號位1不變，后面有效位數全部取反）
負數-1——>二進制原碼11——>補碼11【反碼的有效位加1（此處不考慮符號）或者是原碼符號位不變，有效位按位取反再加1】
3. 計算機輸出內存數據方式
將內存中的補碼轉換成原碼，進行顯示；
例如：
正數9——>內存中補碼0***1001——>轉換成原碼0***1001（不變）——>輸出+9
負數-5——>內存中補碼1***011——>轉換成原碼1***101（補碼中符號位后面的有效位減1，再取反，即負數補碼的逆過程）——>-5
4. 按位取反運算符“~”的原理
按位取反運算符是將內存中的補碼按位取反（包括符號位）
例如：
9（在內存中以補碼0***1001存放）——>按位取反操作“~”——>變成補碼1***0110(這明顯變成了一個負數補碼，因為符號位是1)——>輸出時：補碼減1，再取反得到原碼1***1010——>輸出-10
-1（在內存中以補碼1***1存放）——>按位取反操作“~”——>變成補碼0***0（這明顯是正數補碼，因為符號位是0）——>輸出時：得到原碼0***0——>輸出0
注：所有的取反操作、加1、減1操作，都在有效位進行；***代表的無效位，分析時不要管。