C#.Net筑基-运算符🔣Family

C#运算符 内置了丰富的运算符操作类型，使用方便，极大的简化了编码，同时还支持多种运算符重载机制，让自定义的类型也能支持运算符行为。

01、运算符概览

运算符分类	描述
数学运算	基础的加减乘除，及++、--
赋值运算	=，及各种复合赋值op=，x+=20; 等效于x=x+20;
比较运算	比较相等、大小，内置类型大多支持，自定类型需要自己重载运算符才能支持
逻辑运算符	常用的就是非!、短路逻辑与&&、短路逻辑或 ||。
位运算	二进制位运算，适当使用可极大提高数据处理性能
类型相关运算符	类型判断is、类型转换as、typeof...
指针操作运算符	指针相关运算符：*、&、->
其他运算符	^、..范围运算、nameof、default（默认值）、await/async...
运算符重载	public static Point operator +(Point p1, Point p2) {}
隐式转换	public static implicit operator int(Point p1){}
显示转换	public static explicit operator string(Point p){}

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02、运算符汇总

2.1、算数运算

运算符	描述	示例
+	加，字符串加为字符串连接，推荐字符内插$"{var}"
-	减，同+可用于委托，也可表示负数-100
*	乘
/	除
%	取余数	6%3; //=0
++	自加1，符号在前面的先运算，再赋值，在后面的反之	x=++y; //y=1+y; x=y; x=y++; //x=y; y=1+y;
--	自减1，同上

• 整数除以0会引发 DivideByZeroException，浮点数不会，结果为无穷∞/Infinity。
• 整数运算超出范围，默认情况下不会引发异常，会被自动截断（循环），除非使用检查语句（checked），此时超出范围会引发OverflowException。而常量表达式默认检查。
• 浮点数float 和 double不会出现超出范围异常问题。
• decimal 类型溢出始终会已发异常 OverflowException，被零除总是引发 DivideByZeroException。
• 整数除以整数，结果依然是整数，向下（截断）取整。

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

2.2、赋值运算

运算符	描述	示例/备注
=	赋值运算符，一个神圣的仪式
+=	加法赋值	x+=y //x=x+y
-=	减法赋值	x-=y //x=x-y
*=	乘法赋值	x*=y //x=x*y
/=	除法赋值	x/=y //x=x/y
%=	取余赋值	a%=3 //a=a%3
op=	复合赋值x op = y = x = x op y	上面这些都是复合赋值
= ref	按引用赋值，可看做是别名，是同一个地址的别名	ref int b = ref a;
?? ??=	Null 合并赋值，为null时就用后面的表达式值。 ??=可用来设置默认值，或为null时抛出异常	c = b1 ?? 5; name??= "sam"; _= sender ??throw...

2.3、比较运算

运算符	描述	示例/备注
==	相等比较，值类型比较值，应用类型比较地址	if(x == 0){}
!=	!=不等于比较，与==对应	if(x != 1){}
>，<	大于，小于
>=，<=	大于等于，小于等于

对于相等（==、!=）比较：

• 值类型比较的是数据值是否相等。
• 引用类型==比较的是其引用地址（对象），同 Object.ReferenceEquals。
• 字符串比较的字符串值，虽然他是引用类型（一个特殊的引用类型）。
• 用户定义的 struct 类型默认情况下不支持 == 运算符，需要自己重载运算符。可以用Equals()方法，会box装箱。
• C# 9.0 中的值类型 记录类型 record struct 支持 == 和 != 运算符，比较的是其内部值。这是因为record 内部实现了相等的运算符重载，比较了每个属性的值。
• 委托，如果其内部列表长度相同，且每个位置的元素相同则二者相等。

对于大小比较：

• char 比较的是字符码值。

2.4、逻辑运算符

运算符	描述	示例/备注
!	!逻辑非运算符，取反，颠掉黑白！	!false //true
&	逻辑与，都为true结果为true，都会计算，前面false还是会计算后面的	true & false //false
^	逻辑异或，不同则为ture，相同false	true ^ false //true
|	逻辑或，只要有一个true，则为true，都会计算	true | false //true
&&	条件逻辑与，也叫短路运算符，都为true才为true，先遇到false就返回了	效果同&，推荐用&&
||	条件逻辑或，也是短路的，只要有true就返回true，先遇到true就返回了	效果同"|"，推荐用"||"
?:	三元表达式：判断条件 ？条件为真 ：条件为假	age = a > 2 ? 4 : 2

• 上面运算符除了&&、|| 都支持可空类型的bool?，只是结果可能为null。
• 一般逻辑与、逻辑或都用支持短路的 &&、|| ，可提前返回，减少运算。

void Main()
{
	Console.WriteLine(F()&T());  // f t False  都运算了
	Console.WriteLine(F()&&T()); // f False  发现fasle就返回了，后面就不运算了

	Console.WriteLine(T()|F());   // t f True  都运算了
	Console.WriteLine(T()||F());  // t True  发现true就返回true了，后面就不运算了

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

2.5、位运算

运算符	描述	示例/备注
~	按位求补，每位（所有位）反转 申明终结器（析构函数），~className(){}	uint b = ~a;
<<	左移位，向左移动右侧操作数定义的位数	uint y = 1 << 5;，//32（1*2的5次方）
>>	右移位，向右移动右侧操作数定义的位数	8>>2//2（8除以2的2次方）
>>>	无符号右移	0b100>>>2//1
&	逻辑与，计算每一位的逻辑与	0b100 & 0b111 //100
|	逻辑或，计算每一位的逻辑或	0b100 | 0b111 //111
^	逻辑异或，计算每一位的逻辑异或	0b100 ^ 0b111 //11

左移位<< n，相当于乘以2的n次方，同样的，右移位意味着除以2的n次方。移位运算比乘法、除法运算效率要高很多！所以在合适的场景可考虑使用位运算。

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

用左移位给Flags枚举赋值：

[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、类型、成员运算符

运算符	描述	示例/备注
Object.prop	成员访问表达式，命名空间、类、成员访问	user.name
?.、?[]	Null 条件运算符，仅非null时才继续，否则返回null	简化null判断，arr?[1]??1
new	new Object()创建对象实例，C#9可省略后面的类型。 重新实现父类的方法、属性。 创建匿名实例new {n=1}。	User u1 = new(); var a = new {Name="sam"}
is（E is T）	类型兼容性检查，如果兼容则为True，否则false。支持可空泛型、装箱的兼容转换。is 支持各种模式匹配，参考《C#模式匹配》	if(obj is int i)//True
as（E as T）	显式转换类型，如果转换失败则返回null，不会报错。只支持引用类型、可空类型、装箱拆箱。	int b =i as User
(T)E	强制类型转换，如果不匹配会引发异常	var b = (int)b1
typeof	获取类型System.Type，参数只能是类型、T，不支持dynamic、string?，可用Object.GetType代替。	typeof(int?) b1?.GetType()
sizeof	获取类型所需大小（字节数），只能用于值类型、不安全类型	sizeof(int) //4
()	调用表达式，调用方法，执行委托/方法，new构造函数。 创建一个Tuple 强制类型转换(Type)v，转换失败抛出异常	Foo(); var b = (1,2,"ss"); var b = (int)a
[]	数组下标，必须为整数 索引器，可任意类型，如Dictionary<TKey,TValue> 特性Attribute的使用	arr[0] =1; dict["one"] = 1; [Serializable]

2.7、其他运算符

运算符	描述	示例/备注
[value]!	在表达式后面，告诉编译器不会为空，不要在提示告警了	p.Message!.Length
^	范围运算符，从末尾开始索引，倒数	arr[^1] // 倒数第一个
..	范围运算符，.NET Standard 2.1/C#8，表达式 a..b 属于 System.Range 类型，表示a到b的范围。a.. 等效于 a..^0	arr[1..3] // 索引1到3的值
with	C#9非破坏性创建+修改，创建一个副本，并修改特定属性，只支持record、struct类型。	n = o with { age = 2 }
nameof	获取变量、类型、成员的名称作为字符串常量，编译时获取	nameof(numbers.Add)
stackalloc	堆栈上分配内存块，用于System.Span<T>、unsafe代码	arr = stackalloc int[10]
(p) => {}	Lambda表达式创建匿名函数，左侧为参数，右侧为表达式	var f = ()=>x=100;
default	默认值，获取类型的默认值，T initialValue = default 数值类型默认0、false，引用类型默认null	default(int) //0 int x = default;
::	命名空间别名的使用，using t = System.Text; t::Json.
await、async	异步编程，async 标记方法为异步方法
&、*	指针操作：*获取指针指向的变量，&获取变量地址 int n = 100; int* n1 = &n; int n2 = *n1;	在unsafe上下文中运行

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03、运算符优先级

运算符优先级，最简单的方法就是加括号()。

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04、operator 运算符重载

上面这么多运算符，有些是可以自定义重载实现的，让自定义的类型（class、struct）也支持运算符操作，比如让自定的类型支持相加、相减、大小比较。

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也是一样的
{
	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);
	}
}

上面的示例是重载实现+运算符，实现运算符重载的基本语法：public static T operator +(T arg)

• 方法必须是public + static的，然后operator关键字，“方法名”就是运算符，后面就是正常的方法参数。
• 所以不难看出重载的运算符本质上就是静态方法调用，下面是上面示例的IL代码。

4.1、可重载的运算符

运算符	说明
+x, -x, !x, ~x, ++, --, true, false	true和 false 运算符必须一起重载（比较少见）。
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	必须按如下方式成对重载： == 和 !=、 < 、 ><= 和 >=

还有些不可重载运算符

• 成对重载：有些运算符的重载要求需成对实现，如==和!=、<和>、<=和>=。
• Equals 和 GetHashCode：如果重载了相等运算符，则也应该重载Equals、GetHashCode方法才更完整、合理。
• IComparable：如果重载了大小比较运算符，则应当实现IComparable接口。

4.2、显式和隐式转换运算

隐式转换 顾名思义就是自动匹配类型并完成转换，显示类型转换就是要指定转换的类型T(T)value。

• 隐式转换多用于无损、必定转换成功的场景，如int转double、long，short 转换为int。
• 强制转换则可能存在信息损失，或转换可能存在不确定性，如上面示例的相反方向转换。

void Main()
{
	int a =100;
	float f = a;      //int隐式转换为了float
	char c1 = a;      //报错，不支持隐式转换
	char c2 =(char)a; //强制转换
	Console.WriteLine(c2); //d
}

自定义实现隐式、显示类型转换主要是下面两个关键字：

• implicit （/ɪmˈplɪsɪt/ 隐式），隐式类型转换运算，用于无损数据类型转换，一般用于“小”数据类型转换为“大”数据类型，如int转换为long、float。
• explicit （/ɪkˈsplɪsɪt/ 显示），显示类型转换运算，可能会导致数据丢失的转换。

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隐式转换为int
	{
		return (p1.X + p1.Y) / 2;
	}
	public static implicit operator Point(int v) //int隐式转换为Point
	{
		return new Point(v, v);
	}
	public static explicit operator string(Point p)//Point显示转换为string
	{
		return $"({p.X},{p.Y})";
	}
}

一般建议强相关的类型可实现显示、隐式转换，对于弱相关类型的转换则建议编写专门的转换函数，如果ToXXX，Parse方法。

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参考资料

• C# 运算符和表达式
• 官方文档：运算符优先级
• 运算符重载 - 预定义的一元运算符、算术运算符、相等运算符和比较运算符

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