C#图解教程 第八章 表达式和运算符

表达式和运算符

表达式
字面量

整数字面量
实数字面量
字符字面量
字符串字面量

求值顺序

优先级
结合性

简单算术运算符
求余运算符
关系比较运算符和相等比较运算符
递增运算符和递减运算符
条件逻辑运算符
逻辑运算符
移位运算符
赋值运算符
条件运算符
用户定义的类型转换
运算符重载

运算符重载的限制
运算符重载的示例

typeof运算符
其他运算符

表达式和运算符

表达式

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本章将定义表达式，并描述C#提供的运算符。
运算符是一个符号，它表示返回单个结果的操作。操作数(operand)指作为运算符输入的数据元素。一个运算符会：

• 将操作数作为输入
• 执行某个操作
• 基于该操作返回一个值

表达式是运算符和操作数的字符串。可以作为操作数的结构有：

• 字面量
• 常量
• 变量
• 方法调用
• 元素访问器，如数组访问器和索引器
• 其他表达式

例：下面的表达式，有3个运算符和4个操作数

字面量

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字面量(literal)是源代码中键入的数字或字符串，表示一个指定类型的明确的、固定的值。

例：字面量

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine("{0}",1024);//整数字面量
        Console.WriteLine("{0}",3.1416F);//浮点型字面量
        Console.WriteLine("{0}",true);//布尔型字面量
    }
}

对于引用类型变量，字面量null表示变量没有设置为内存中的数据。

整数字面量

例：不同的整数类型

236  //整型
236L //长整型
236U //无符号整型
236UL//无符号长整型

整数字面量还可以写成十六进制(hex)形式

实数字面量

实数字面量组成如下：

• 十进制数字
• 可选的小数点
• 可选的指数部分
• 可选的后缀

例：实数字面量的不同格式

float f1=236F;
double d1=236.712;
double d2=.351;
double d3=6.338e-26;

无后缀的实数字面量默认是double类型。

字符字面量

字符字面量可以是下面任意一种：

• 单个字符
• 简单转义序列：反斜杠+单个字符
• 十六进制转义序列：反斜杠+大写或小写x+4个十六进制数
• Unicode转义序列：反斜杠+大写或小写u+4个十六进制数

例：字符字面量的不同格式

char c1='d';
char c2='
';
char c3='x0061';
char c4='u005a';

一些特殊字符及其编码见下图

字符串字面量

两种字符串字面量类型：

• 常规字符串字面量
• 逐字字符串字面量

常规字符串字面量包含：

• 字符
• 简单转义序列
• 十六进制和Unicode转义序列

string st1="Hi there!";
string st2="Val	5,val	10";
string st3="Addx000ASomeu0007Interest";

逐字字符串以@为前缀，它有以下特征：

• 逐字字符串与常规字符串区别在于转义字符串不会被求值。在双引号中间的所有内容，包括通常被认为是转义序列的内容，都被严格按字符串中列出的那样打印
• 逐字字符串的唯一例外是相邻的双引号组，它们被解释为单个双引号字符

string rst1="Hi there!";
string vst1=@"Hi there!";
string rst2="It started,"Four score and seven..."";
string vst2=@"It started,""Four score and seven...""";
string rst3="Value 1 	 5,val2 	 10";
string vst3=@"Value 1 	 5,val2 	 10";
string rst4="C:\Program Files\Microsoft\";
string vst4=@"C:Program FilesMicrosoft";
string rst5=" Print x000A Multiple u000A Lines";
string vst5=@" Print
    Multiple
    Lines";

编译器让相同的字符串字面量共享堆中同一内存位置以节约内存

求值顺序

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表达式可以由许多嵌套的子表达式构成。子表达式的求值顺序可以使表达式最终值发生差别。

优先级

正如小学的先乘除再加减，C#中运算符也有优先级。

结合性

表达式中运算符优先级不同的，从高到低依次运算。但若是运算符优先级相同怎么办？
当连续运算符有相同优先级时，求值顺序由操作结合性决定。

• 左结合运算符从左至右
• 右结合运算符从右至左
• 除赋值运算符外，其他二元运算符都是左结合
• 赋值运算符和条件运算符是右结合

简单算术运算符

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求余运算符

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求余运算符(%)用第二个操作数除第一个操作数，并返回余数。
求余运算符是二元左结合运算符。

• 0%3=0，因为0除3得0余0
• 2%3=2，因为2除3的0余2
• 4%3=1，因为4除3得1余1

关系比较运算符和相等比较运算符

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它们都是二元左结合运算符，对其操作数进行比较并返回bool值。

与C和C++不同，在C#中数字不具有布尔意义

int x=5;
if(x)//错，x是int类型，不是布尔型
if(x==5)//对，返回true

比较操作和相等性操作
对于大多数引用类型来说，比较它们的相等性，将只比较它们的引用。

• 如果引用相等，即它们指向内存中相同对象，相等性为true，否则为false，即使内存中两个分离的对象在所有其他方面完全相等。
• 这称为浅比较

下图阐明了引用类型的比较

• 图左边，a和b两者引用相同，返回true
• 图右边，引用不同，所以即使内容相同，也返回false

string类型也是引用类型，但它的比较方式不同。比较字符串的相等性，将比较它们的长度和内容(区分大小写)

• 如果两个字符串长度和内容相等则返回true，即使它们占用不同内存区域
• 这称为深比较(deep comparison)

将在第15章介绍的委托也是引用类型，并且也使用深比较。比较委托的相等性时，让两个委托都是null，或两者的调用列表有相同数目成员，并且调用列表想匹配，则返回true。
比较数值表达式，将比较类型和值。比较enum类型时，比较操作数的实际值。枚举在第13章阐述。

递增运算符和递减运算符

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无论运算符前置还是后置，只影响返回给表达式的值。在语句执行后，最终存放在操作数的变量的值相同

条件逻辑运算符

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条件逻辑运算符使用“短路”(short circuit)模式操作，意思是，如果计算Expr1之后结果已确定，那么它会跳过Expr2的求值。
例：短路示例

bool bVal;
bVal=(1==2)&&(2==2);
//左侧false，接着&&运算，结果必是false，所以跳过了右侧的运算
bVal=(1==1)||(1==2);
//左侧true，接着是||运算，结果必是true，所以跳过了右侧的运算

因为短路特性，不要在Exp2中放置带有副作用的表达式(比如改变一个值)，因为可能不会计算。

bool bVal;int iVal=10;
bVal=(1==2)&&(9==iVal++);//结果：bVal=False，iVal=10；
       ↑             ↑
     False        不会计算

逻辑运算符

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移位运算符

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例：移位运算符示例

• 操作数14的每个位向左移动3个位置
• 右边结尾腾出位置用0补充
• 结果为112

 

 

int a,b,x=14;
a=x<<3;
b=x>>3;
Console.WriteLine("{0}<<3={1}",x,a);
Console.WriteLine("{0}>>3={1}",x,b);

赋值运算符

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赋值运算符是二元右结合运算符

复合赋值
复合赋值运算符允许一种速记方法，在某些情况下避免左边的变量在右边重复出现。
复合赋值不仅更短，也易于理解。

x=x+(y-z);
x+=y-z;

条件运算符

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条件运算符是一种强大且简洁的方法，基于条件的结果，返回两个值之一。
条件运算符是三元运算符

• 格式：Condition?Expression1:Expression2
• Condition必须返回一个bool类型的值
• 如果Condition求值为true，那么对Expression1求值并返回。否则，对Expression2求值并返回

if...else
if(x<y)
    intVar=5;
else
    intVar=10;
条件运算符
intVar=x<y?5:10;

if…else语句是控制流语句，它应当用来做两个行为中的一个。条件运算符返回一个表达式，它应当用于返回两个值中的一个。

用户定义的类型转换

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用户定义的转换将在第16章详讲，在这里稍微提一下。

• 可以为自己的类和结构定义隐式和显式转换。这允许把用户定义类型的对象转换成某个其他类型
• C#提供隐式转换和显示转换
  • 隐式转换，当决定在特定上下文中使用特定类型时，如有必要，编译器会自动执行转换
  • 显式转换，编译器只在使用显式转换运算符时才执行转换

声明隐式转换的语法如下。

       必需的                    目标类型          源数据
         ↓                          ↓               ↓
public static implicit operator TargetType(SourceType Identifier)
{
    ...
    return ObjectOfTargetType;
}

显式转换的语法与之相同，但要用explicit替换implicit

例：将LimitedInt转换为int

class LimitedInt
{
    const int MaxValue=100;
    const int MinValue=0;
    public static implicit operator int(LimitedInt li)
    {
        return li.TheValue;
    }
    public static implicit operator LimitedInt(int x)
    {
        var li=new LimitedInt();
        li.TheValue=x;
        return li;
    }
    private int _theValue=0;
    public int TheValue
    {
        get{return _theValue;}
        set
        {
            if(value<MinValue)
                _theValue=0;
            else
                _theValue=value>MaxValue?MaxValue:value;
        }
    }
    class Program
    {
        static void Main()
        {
            LimitedInt li=500;
            int value=li;
            Console.WriteLine("li:{0},value:{1}",li.TheValue,value);
        }
    }
}

显式转换和强制转换运算符
如果把两个运算符声明为explicit，你将不得不在实行转换时显示使用转换运算符。

    public static explicit operator int(LimitedInt li)
    {
        return li.TheValue;
    }
    public static explicit operator LimitedInt(int x)
    {
        var li=new LimitedInt();
        li.TheValue=x;
        return li;
    }
    static void Main()
    {
        LimitedInt li=(LimitedInt)500;
        int value=(int)li;
        Console.WriteLine("li:{0},value:{1}",li.TheValue,value);
    }    

输出结果与上例相同

另外有两个运算符，接受一种类型的值，并返回另一种不同的、指定类型的值。这就是is运算符和as运算符。它们将在第16章结尾阐述。

运算符重载

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运算符重载允许你定义C#运算符应该如何操作自定义类型的操作数

• 运算符重载只能用于类和结构
• 声明必须同时使用static和public修饰符
• 运算符必须是要操作的类或结构的成员

例：类LimitedInt的两个重载运算符，加运算符和减运算符

class LimitedInt
{
         必需的        类型    关键字 运算符         操作数
           ↓           ↓        ↓     ↓             ↓
    public static LimitedInt operator + (LimitedInt x,double y)
    {
        var li=new LimitedInt();
        li.TheValue=x.TheValue+(int)y;
        return li;
    }
    public static LimitedInt operator - (LimitedInt x)
    {
        var li=new LimitedInt();
        li.TheValue=0;
        return li;
    }
    ...
}

运算符重载的限制

不是所有的运算符都能被重载，可以重载的类型也有限制。

递增和递减运算符可重载。但和预定义的版本不同，重载运算符的前置和后置之间没有区别。
运算符重载不能做下面的事情：

• 创建新运算符
• 改变运算符的语法
• 重新定义运算符如何处理预定义类型
• 改变运算符的优先级或结合性

重载运算符应该符合运算符的直观含义。

运算符重载的示例

例：LimitedInt的3个运算符重载

class LimitedInt
{
    const int MaxValue=100;
    const int MinValue=0;
    public static LimitedInt operator - (LimitedInt x)
    {
        var li=new LimitedInt();
        li.TheValue=0;
        return li;
    }
    public static LimitedInt operator - (LimitedInt x,LimitedInt y)
    {
        var li=new LimitedInt();
        li.TheValue=x.TheValue-y.TheValue>0?(x.TheValue-y.TheValue):0;
        return li;
    }    
    public static LimitedInt operator + (LimitedInt x,double y)
    {
        var li=new LimitedInt();
        li.TheValue=x.TheValue+(int)y;
        return li;
    }    
    private int _theValue=0;
    public int TheValue
    {
        get{return _theValue;}
        set
        {
            if(value<MinValue)
                _theValue=0;
            else
                _theValue=value>MaxValue?MaxValue:value;
        }
    }
    class Program
    {
        static void Main()
        {
            var li1=new LimitedInt();
            var li2=new LimitedInt();
            var li3=new LimitedInt();
            li1.TheValue=10;li2.TheValue=26;
            Console.WriteLine("li:{0},li2:{1}",li1.TheValue,li2.TheValue);
            li3=-li1;
            Console.WriteLine("-{0}={1}",li1.TheValue,li3.TheValue);
            li3=li2-li1;
            Console.WriteLine("{0}-{1}={2}",li2.TheValue,li1.TheValue,li3.TheValue);
            li3=li1-li2;
            Consoel.WriteLine("{0}-{1}={2}",li1.TheValue,li2.TheValue,li3.TheValue);
        }
    }
}

typeof运算符

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typeof运算符返回作为其参数的任何类型的System.Type对象。

例：使用typeof运算符获取SomeClass类的信息

using System.Reflection;//反射
class SomeClass
{
    public int Field1;
    public int Field2;
    public void Method1(){}
    public int Method2(){return 1;}
}
class Program
{
    static void Main()
    {
        var t=typeof(SomeClass);
        FieldInfo[] fi=t.GetFields();
        MethodInfo[] mi=t.GetMethods();
        foreach(var f in fi)
            Console.WriteLine("Field:{0}",f.Name);
        foreach(var m in mi)
            Console.WriteLine("Method:{0}",m.Name);
    }
}

GetType方法也会调用typeof运算符，该方法对每个类型的每个对象都有效。
例：使用GetType获取对象类型名称

class SomeClass
{
}
class Program
{
    static void Main()
    {
        var s=new SomeClass();
        Console.WriteLine("Type s:{0}",s.GetType().Name);
    }
}

其他运算符

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本章介绍的运算符是内置类型的标准运算符。本书后面部分会介绍其他特殊用法的运算符及操作数类型。例如，可空类型有一个特殊运算符叫空接合运算符(第25章)。