表达式和运算符

这篇笔记我们简单介绍下C#语言中表达式和运算符的用法。

表达式和字面量

表达式是包含运算符和操作数的语法结构，C#中的运算符可以有1个、2个或3个操作数，可以作为操作数的结构包括：字面量、常量、变量、其它表达式等，表达式求值就是将运算符应用到操作数并最终得出一个值的过程。字面量是源代码中的数字或字符串，表示一个指定类型的固定值。

整数字面量可以使用后缀标识类型，比如L代表长整型，U代表无符号整型等；此外还可以使用0x前缀表示16进制数，0b前缀表示2进制数。

int a = 236; // 整型
long b = 236L; // 长整型
uint c = 235U; // 无符号整型
ulong d = 236UL; // 无符号长整型
int e = 0xff; // 16进制整型
int f = 0b101011; // 2进制整型

字符字面量使用单引号包裹，\x前缀表示16进制转义序列，\u表示Unicode转义序列；字符串字面量使用双引号包裹，也支持使用16进制转义序列或是Unicode转义序列。

char a = 'd';
char b = '\x0061';
char c = '\u005a';
string str = "abc";

运算符

C#语言中，运算符按功能可以分为算术、关系、逻辑、位、赋值、条件和类型等几类，绝大多数运算符的用法都和类C语言相同，这里我们分类整理一下。运算符之间存在优先级和结合性规则，实际开发中建议使用小括号明确运算顺序，完整的优先级表可以参考微软官方文档。

算术运算符

算术运算符用于执行基本的数学运算。

关系运算符

关系运算符用于比较两个操作数的大小关系，运算结果为bool类型。

注：==默认比较值类型的数据和引用类型的引用地址，但string类型比较的是字符串内容，这是因为string类型内部做了运算符重载。

逻辑运算符

逻辑运算符用于bool类型操作数之间的逻辑运算，运算结果为bool类型。

注：&&和||具有短路特性，即左侧表达式已能确定结果时不再计算右侧表达式；此外&和|运算符作用于bool操作数时也可表示逻辑与、逻辑或，但不具备短路特性。

位运算符

位运算符用于对整数类型的二进制位逐位进行运算，它和算术运算没有关系，因此单独归为一类。

赋值运算符

赋值运算符除了最基本的=还有一系列带运算的复合赋值运算符。

条件运算符和空相关运算符

条件运算符是唯一的三元运算符，它基于条件返回两个值中的一个。

int a = 1;
string result = a > 0 ? "正数" : "非正数";

空合并运算符??常用于可空类型，当左操作数为null时返回右操作数，否则返回左操作数本身；空条件运算符?.和?[]用于在访问成员或索引前判断对象是否为null，是null时整个表达式返回null而不会抛出异常。

int? i = null;
int j = i ?? 0;
// obj或obj.Name为null时，整个表达式返回null而不会抛出异常
int? length = obj?.Name?.Length;

类型运算符

typeof运算符返回一个System.Type对象，Type是一个表示类型的类对象，类似Java中的Class，其中包含了类型、全限定名、父类类型、成员属性等重要信息。下面例子代码从一个类中获取了Type对象，并打印了其全限定类名。

Type t = typeof(Program);
Console.WriteLine(t.FullName);

int i = 1;
bool b = i is int; // true
object o = "hello";
string s = o as string; // "hello"
Console.WriteLine(nameof(i)); // 输出 i

其它运算符

除了上述几类按功能划分的运算符，C#中还有一些常用的操作符，这里一并列出。

运算符重载

类似C++语言，C#允许定义运算符重载来操作自定义操作数，类和结构体都支持定义运算符重载，也支持类或结构体与一个其它类型的运算符重载。

下面例子代码中我们定义了一个篮子Basket类，其中包含苹果数量appleNum和香蕉数量bananaNum，我们重载了运算符+，使其支持Basket对象直接相加。

namespace Gacfox.Demo.DemoNetCore;

public class Basket
{
    public int AppleNum { get; set; } = 0;
    public int BananaNum { get; set; } = 0;

    public Basket() { }

    public Basket(int appleNum, int bananaNum)
    {
        this.AppleNum = appleNum;
        this.BananaNum = bananaNum;
    }

    public static Basket operator +(Basket b1, Basket b2)
    {
        return new Basket(b1.AppleNum + b2.AppleNum, b1.BananaNum + b2.BananaNum);
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Basket b1 = new(0, 3);
        Basket b2 = new(3, 0);
        Basket b3 = b1 + b2;
        Console.WriteLine("{0} {1}", b3.AppleNum, b3.BananaNum);
    }
}

不过这里要注意，不是所有的运算符都支持重载；乱用运算符重载也可能严重降低代码的可读性。运算符重载这部分内容使用上的限制可以查阅MSDN相关的文档。