C#.Net築基-運算符🔣Family

C#運算符 內置了豐富的運算符操作類型，使用方便，極大的簡化了編碼，同時還支持多種運算符重載機制，讓自定義的類型也能支持運算符行爲。

01、運算符概覽

運算符分類	描述
數學運算	基礎的加減乘除，及++、--
賦值運算	=，及各種複合賦值op=，x+=20; 等效於x=x+20;
比較運算	比較相等、大小，內置類型大多支持，自定類型需要自己重載運算符才能支持
邏輯運算符	常用的就是非!、短路邏輯與&&、短路邏輯或 ||。
位運算	二進制位運算，適當使用可極大提高數據處理性能
類型相關運算符	類型判斷is、類型轉換as、typeof...
指針操作運算符	指針相關運算符：*、&、->
其他運算符	^、..範圍運算、nameof、default（默認值）、await/async...
運算符重載	public static Point operator +(Point p1, Point p2) {}
隱式轉換	public static implicit operator int(Point p1){}
顯示轉換	public static explicit operator string(Point p){}

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02、運算符彙總🔣

2.1、算數運算

運算符	描述	示例
+	加，字符串加爲字符串連接，推薦字符內插$"{var}"
-	減，同+可用於委託，也可表示負數-100
*	乘
/	除
%	取餘數	6%3; //=0
++	自加1，符號在前面的先運算，再賦值，在後面的反之	x=++y; //y=1+y; x=y; x=y++; //x=y; y=1+y;
--	自減1，同上

• 整數除以0會引發 DivideByZeroException，浮點數不會，結果爲無窮∞/Infinity。
• 整數運算超出範圍，默認情況下不會引發異常，會被自動截斷（循環），除非使用檢查語句（checked），此時超出範圍會引發OverflowException。而常量表達式默認檢查。
• 浮點數float 和 double不會出現超出範圍異常問題。
• decimal 類型溢出始終會已發異常 OverflowException，被零除總是引發 DivideByZeroException。
• 整數除以整數，結果依然是整數，向下（截斷）取整。

int a = 3;
int b = a +int.MaxValue; //-2147483646
int c = checked(a + int.MaxValue);  //System.OverflowException

2.2、賦值運算

運算符	描述	示例/備註
=	賦值運算符，一個神聖的儀式
+=	加法賦值	x+=y //x=x+y
-=	減法賦值	x-=y //x=x-y
*=	乘法賦值	x*=y //x=x*y
/=	除法賦值	x/=y //x=x/y
%=	取餘賦值	a%=3 //a=a%3
op=	複合賦值x op = y = x = x op y	上面這些都是複合賦值
= ref	按引用賦值，可看做是別名，是同一個地址的別名	ref int b = ref a;
?? ??=	Null 合併賦值，爲null時就用後面的表達式值。 ??=可用來設置默認值，或爲null時拋出異常	c = b1 ?? 5; name??= "sam"; _= sender ??throw...

2.3、比較運算

運算符	描述	示例/備註
==	相等比較，值類型比較值，應用類型比較地址	if(x == 0){}
!=	!=不等於比較，與==對應	if(x != 1){}
>，<	大於，小於
>=，<=	大於等於，小於等於

🔸對於相等（==、!=）比較：

• 值類型比較的是數據值是否相等。
• 引用類型==比較的是其引用地址（對象），同 Object.ReferenceEquals。
• 字符串比較的字符串值，雖然他是引用類型（一個特殊的引用類型）。
• 用戶定義的 struct 類型默認情況下不支持 == 運算符，需要自己重載運算符。可以用Equals()方法，會box裝箱。
• C# 9.0 中的值類型 記錄類型 record struct 支持 == 和 != 運算符，比較的是其內部值。這是因爲record 內部實現了相等的運算符重載，比較了每個屬性的值。
• 委託，如果其內部列表長度相同，且每個位置的元素相同則二者相等。

🔸對於大小比較：

• char 比較的是字符碼值。

2.4、邏輯運算符

運算符	描述	示例/備註
!	!邏輯非運算符，取反，顛掉黑白！	!false //true
&	邏輯與，都爲true結果爲true，都會計算，前面false還是會計算後面的	true & false //false
^	邏輯異或，不同則爲ture，相同false	true ^ false //true
|	邏輯或，只要有一個true，則爲true，都會計算	true | false //true
&&	條件邏輯與，也叫短路運算符，都爲true才爲true，先遇到false就返回了	效果同&，推薦用&&
||	條件邏輯或，也是短路的，只要有true就返回true，先遇到true就返回了	效果同"|"，推薦用"||"
?:	三元表達式：判斷條件 ？條件爲真 ：條件爲假	age = a > 2 ? 4 : 2

• 上面運算符除了&&、|| 都支持可空類型的bool?，只是結果可能爲null。
• 一般邏輯與、邏輯或都用支持短路的 &&、|| ，可提前返回，減少運算。

void Main()
{
	Console.WriteLine(F()&T());  // f t False  都運算了
	Console.WriteLine(F()&&T()); // f False  發現fasle就返回了，後面就不運算了
	
	Console.WriteLine(T()|F());   // t f True  都運算了
	Console.WriteLine(T()||F());  // t True  發現true就返回true了，後面就不運算了

    Console.WriteLine(true^true);  // False
	Console.WriteLine(true^false);  // True  不同則爲true
	Console.WriteLine(false^false);  // False
}
bool T()
{
	Console.Write("t ");
	return true;
}
bool F()
{
	Console.Write("f ");
	return false;
}

2.5、位運算

運算符	描述	示例/備註
~	按位求補，每位（所有位）反轉 申明終結器（析構函數），~className(){}	uint b = ~a;
<<	左移位，向左移動右側操作數定義的位數	uint y = 1 << 5;，//32（1*2的5次方）
>>	右移位，向右移動右側操作數定義的位數	8>>2//2（8除以2的2次方）
>>>	無符號右移	0b100>>>2//1
&	邏輯與，計算每一位的邏輯與	0b100 & 0b111 //100
|	邏輯或，計算每一位的邏輯或	0b100 | 0b111 //111
^	邏輯異或，計算每一位的邏輯異或	0b100 ^ 0b111 //11

左移位<< n，相當於乘以2的n次方，同樣的，右移位意味着除以2的n次方。移位運算比乘法、除法運算效率要高很多！所以在合適的場景可考慮使用位運算。

Console.WriteLine(123456*Math.Pow(2,6)); //7901184
Console.WriteLine(123456<<6);            //7901184

用左移位給Flags枚舉賦值：

[Flags]
public enum Interest
{
	None = 0,         //0
	Study = 1,        //1
	Singing = 1 << 1, //2
	Dancing = 1 << 2, //4
	Sports = 1 << 3,  //8
	Games = 1 << 4,   //16
}

2.6、類型、成員運算符

運算符	描述	示例/備註
Object.prop	成員訪問表達式，命名空間、類、成員訪問	user.name
?.、?[]	Null 條件運算符，僅非null時才繼續，否則返回null	簡化null判斷，arr?[1]??1
new	🔸 new Object()創建對象實例，C#9可省略後面的類型。 🔸 重新實現父類的方法、屬性。 🔸 創建匿名實例new {n=1}。	User u1 = new(); var a = new {Name="sam"}
is（E is T）	類型兼容性檢查，如果兼容則爲True，否則false。支持可空泛型、裝箱的兼容轉換。is 支持各種模式匹配，參考《C#模式匹配》	if(obj is int i)//True
as（E as T）	顯式轉換類型，如果轉換失敗則返回null，不會報錯。只支持引用類型、可空類型、裝箱拆箱。	int b =i as User
(T)E	強制類型轉換，如果不匹配會引發異常	var b = (int)b1
typeof	獲取類型System.Type，參數只能是類型、T，不支持dynamic、string?，可用Object.GetType代替。	typeof(int?) b1?.GetType()
sizeof	獲取類型所需大小（字節數），只能用於值類型、不安全類型	sizeof(int) //4
()	🔸 調用表達式，調用方法，執行委託/方法，new構造函數。 🔸創建一個Tuple 🔸 強制類型轉換(Type)v，轉換失敗拋出異常	🔸Foo(); 🔸var b = (1,2,"ss"); 🔸var b = (int)a
[]	🔸 數組下標，必須爲整數 🔸 索引器，可任意類型，如Dictionary<TKey,TValue> 🔸 特性Attribute的使用	🔸arr[0] =1; 🔸dict["one"] = 1; 🔸[Serializable]

2.7、其他運算符

運算符	描述	示例/備註
[value]!	在表達式後面，告訴編譯器不會爲空，不要在提示告警了	p.Message!.Length
^	範圍運算符，從末尾開始索引，倒數	arr[^1] // 倒數第一個
..	範圍運算符，.NET Standard 2.1/C#8，表達式 a..b 屬於 System.Range 類型，表示a到b的範圍。a.. 等效於 a..^0	arr[1..3] // 索引1到3的值
with	C#9非破壞性創建+修改，創建一個副本，並修改特定屬性，只支持record、struct類型。	n = o with { age = 2 }
nameof	獲取變量、類型、成員的名稱作爲字符串常量，編譯時獲取	nameof(numbers.Add)
stackalloc	堆棧上分配內存塊，用於System.Span<T>、unsafe代碼	arr = stackalloc int[10]
(p) => {}	Lambda表達式創建匿名函數，左側爲參數，右側爲表達式	var f = ()=>x=100;
default	默認值，獲取類型的默認值，T initialValue = default 數值類型默認0、false，引用類型默認null	default(int) //0 int x = default;
::	命名空間別名的使用，using t = System.Text; t::Json.
await、async	異步編程，async 標記方法爲異步方法
&、*	指針操作：*獲取指針指向的變量，&獲取變量地址 int n = 100; int* n1 = &n; int n2 = *n1;	在unsafe上下文中運行

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03、運算符優先級

運算符優先級，最簡單的方法就是加括號()。

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04、operator 運算符重載

上面這麼多運算符，有些是可以自定義重載實現的，讓自定義的類型（class、struct）也支持運算符操作，比如讓自定的類型支持相加、相減、大小比較。

void Main()
{
	var p1 =new Point(1,2);
	var p2 =new Point(3,4);
	var p = p1+p2; //4,6
    p +=p; //8,12
}
public class Point  //struct也是一樣的
{
	public int X { get; set; }
	public int Y { get; set; }
	public Point(int x, int y)
	{
		X = x;
		Y = y;
	}
	public static Point operator +(Point p1, Point p2)
	{
		return new Point(p1.X + p2.X, p1.Y + p2.Y);
	}
}

上面的示例是重載實現+運算符，實現運算符重載的基本語法：public static T operator +(T arg)

• 方法必須是public + static的，然後operator關鍵字，“方法名”就是運算符，後面就是正常的方法參數。
• 所以不難看出重載的運算符本質上就是靜態方法調用，下面是上面示例的IL代碼。

4.1、可重載的運算符

運算符	說明
+x, -x, !x, ~x, ++, --, true, false	true和 false 運算符必須一起重載（比較少見）。
x + y, x - y, x * y, x / y, x % y,
x & y, x | y, x ^ y,
x << y, x >> y, x >>> y
x == y, x != y, x < y, x > y, x <= y, x >= y	必須按如下方式成對重載： == 和 !=、 < 、 ><= 和 >=

還有些不可重載運算符

• 成對重載：有些運算符的重載要求需成對實現，如==和!=、<和>、<=和>=。
• Equals 和 GetHashCode：如果重載了相等運算符，則也應該重載Equals、GetHashCode方法才更完整、合理。
• IComparable：如果重載了大小比較運算符，則應當實現IComparable接口。

4.2、顯式和隱式轉換運算

隱式轉換 顧名思義就是自動匹配類型並完成轉換，顯示類型轉換就是要指定轉換的類型T(T)value。

• 隱式轉換多用於無損、必定轉換成功的場景，如int轉double、long，short 轉換爲int。
• 強制轉換則可能存在信息損失，或轉換可能存在不確定性，如上面示例的相反方向轉換。

void Main()
{
	int a =100;
	float f = a;      //int隱式轉換爲了float
	char c1 = a;      //報錯，不支持隱式轉換
	char c2 =(char)a; //強制轉換
	Console.WriteLine(c2); //d
}

自定義實現隱式、顯示類型轉換主要是下面兩個關鍵字：

• implicit （/ɪmˈplɪsɪt/ 隱式），隱式類型轉換運算，用於無損數據類型轉換，一般用於“小”數據類型轉換爲“大”數據類型，如int轉換爲long、float。
• explicit （/ɪkˈsplɪsɪt/ 顯示），顯示類型轉換運算，可能會導致數據丟失的轉換。

void Main()
{
	Point p1 = 2;  //2,2
	int a = p1;    //2
	string pstr = (string)p1; //(2,2)
}
public class Point
{
	public int X { get; set; }
	public int Y { get; set; }
	public Point(int x, int y)
	{
		X = x;
		Y = y;
	}
	public static implicit operator int(Point p1) //Point隱式轉換爲int
	{
		return (p1.X + p1.Y) / 2;
	}
	public static implicit operator Point(int v) //int隱式轉換爲Point
	{
		return new Point(v, v);
	}
	public static explicit operator string(Point p)//Point顯示轉換爲string
	{
		return $"({p.X},{p.Y})";
	}
}

📢 一般建議強相關的類型可實現顯示、隱式轉換，對於弱相關類型的轉換則建議編寫專門的轉換函數，如果ToXXX，Parse方法。

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參考資料

• C# 運算符和表達式
• 官方文檔：運算符優先級
• 運算符重載 - 預定義的一元運算符、算術運算符、相等運算符和比較運算符

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