运算符和表达式

C# 提供了许多运算符。其中许多都受到内置类型的支持，可用于对这些类型的值执行基本操作。这些运算符包括以下组：

算术运算符，将对数值操作数执行算术运算

比较运算符，将比较数值操作数

布尔逻辑运算符，将对 bool 操作数执行逻辑运算

位运算符和移位运算符，将对整数类型的操作数执行位运算或移位运算

相等运算符，将检查其操作数是否相等

通常可以重载这些运算符，也就是说，可以为用户定义类型的操作数指定运算符行为。

运算符和表达式教程地址

算术运算符

以下运算符对数值类型的操作数执行算术运算：

一元 ++（增量）、--（减量）、+（加）和 -（减）运算符

二元 *（乘法）、/（除法）、%（余数）、+（加法）和 -（减法）运算符

增量运算符++

一元增量运算符 ++ 按 1 递增其操作数。

增量运算符以两种形式进行支持：后缀增量运算符 x++ 和前缀增量运算符 ++x。

后缀递增运算符

x++ 的结果是此操作前的 x 的值，如以下示例所示：

int i = 3;
Console.WriteLine(i);   // output: 3
Console.WriteLine(i++); // output: 3
Console.WriteLine(i);   // output: 4

前缀增量运算符

++x 的结果是此操作后的 x 的值，如以下示例所示：

double a = 1.5;
Console.WriteLine(a);   // output: 1.5
Console.WriteLine(++a); // output: 2.5
Console.WriteLine(a);   // output: 2.5

减量运算符--

一元减量运算符 -- 按 1 递减其操作数。

减量运算符以两种形式进行支持：后缀减量运算符x-- 和前缀减量运算符 --x。

后缀递减运算符

x-- 的结果是此操作前的 x 的值，如以下示例所示：

int i = 3;
Console.WriteLine(i);   // output: 3
Console.WriteLine(i--); // output: 3
Console.WriteLine(i);   // output: 2

前缀减量运算符

--x 的结果是此操作后的 x 的值，如以下示例所示：

double a = 1.5;
Console.WriteLine(a);   // output: 1.5
Console.WriteLine(--a); // output: 0.5
Console.WriteLine(a);   // output: 0.5

一元加减运算符

一元 + 运算符返回其操作数的值。一元 - 运算符对其操作数的数值取负。

Console.WriteLine(+4);     // output: 4

Console.WriteLine(-4);     // output: -4
Console.WriteLine(-(-4));  // output: 4

uint a = 5;
var b = -a;
Console.WriteLine(b);            // output: -5
Console.WriteLine(b.GetType());  // output: System.Int64

Console.WriteLine(-double.NaN);  // output: NaN

ulong 类型不支持一元 - 运算符。

乘法运算符*

乘法运算符 * 计算其操作数的乘积：

Console.WriteLine(5 * 2);         // output: 10
Console.WriteLine(0.5 * 2.5);     // output: 1.25
Console.WriteLine(0.1m * 23.4m);  // output: 2.34

除法运算符/

除法运算符 / 用它的左侧操作数除以右侧操作数。

整数除法

对于整数类型的操作数，/ 运算符的结果为整数类型，并且等于两个操作数之商向零舍入后的结果：

Console.WriteLine(13 / 5);    // output: 2
Console.WriteLine(-13 / 5);   // output: -2
Console.WriteLine(13 / -5);   // output: -2
Console.WriteLine(-13 / -5);  // output: 2

若要获取浮点数形式的两个操作数之商，请使用 float、double 或 decimal 类型：

Console.WriteLine(13 / 5.0);       // output: 2.6

int a = 13;
int b = 5;
Console.WriteLine((double)a / b);  // output: 2.6

浮点除法

对于 float、double 和 decimal 类型，/ 运算符的结果为两个操作数之商：

Console.WriteLine(16.8f / 4.1f);   // output: 4.097561
Console.WriteLine(16.8d / 4.1d);   // output: 4.09756097560976
Console.WriteLine(16.8m / 4.1m);   // output: 4.0975609756097560975609756098

如果操作数之一为 decimal，那么另一个操作数不得为 float 和 double，因为 float 和 double 都无法隐式转换为 decimal。必须将 float 或 double 操作数显式转换为 decimal 类型。如需详细了解数值类型之间的转换，请参阅内置数值转换。

余数运算符%

余数运算符 % 计算左侧操作数除以右侧操作数后的余数。

整数余数

于整数类型的操作数，a % b 的结果是 a - (a / b) * b 得出的值。非零余数的符号与左侧操作数的符号相同，如下例所示：

Console.WriteLine(5 % 4);   // output: 1
Console.WriteLine(5 % -4);  // output: 1
Console.WriteLine(-5 % 4);  // output: -1
Console.WriteLine(-5 % -4); // output: -1

浮点余数

对于 float 和 double 操作数，有限的 x 和 y 的 x % y 的结果是值 z，因此

z（如果不为零）的符号与 x 的符号相同。
z 的绝对值是 |x| - n * |y| 得出的值，其中 n 是小于或等于 |x| / |y| 的最大可能整数，|x| 和 |y| 分别是 x 和 y 的绝对值。

Console.WriteLine(-5.2f % 2.0f); // output: -1.2
Console.WriteLine(5.9 % 3.1);    // output: 2.8
Console.WriteLine(5.9m % 3.1m);  // output: 2.8

加减法运算符

加法运算符 + 计算其操作数的和，减法运算符 - 从其左侧操作数中减去其右侧操作数：

Console.WriteLine(5 + 4);       // output: 9
Console.WriteLine(5 + 4.3);     // output: 9.3
Console.WriteLine(5.1m + 4.2m); // output: 9.3

Console.WriteLine(47 - 3);      // output: 44
Console.WriteLine(5 - 4.3);     // output: 0.7
Console.WriteLine(7.5m - 2.3m); // output: 5.2

运算符的优先级

以下列表对优先级由高到低的顺序对算术运算符进行排序：

后缀增量 x++ 和减量 x-- 运算符
前缀增量 ++x 和减量 --x 以及一元 + 和 - 运算符
乘法 *、/ 和 % 运算符
加法 + 和 - 运算符

逻辑运算符

以下运算符使用 bool 操作数执行逻辑运算：

一元 !（逻辑非）运算符。

二元 &（逻辑与）、|（逻辑或）和 ^（逻辑异或）运算符。这些运算符始终计算两个操作数。

二元 &&（条件逻辑与）和 ||（条件逻辑或）运算符。这些运算符仅在必要时才计算右侧操作数。

对于整型数值类型的操作数，&、| 和 ^ 运算符执行位逻辑运算。有关详细信息，请参阅位运算符和移位运算符。

逻辑非运算符!

一元前缀 ! 运算符计算操作数的逻辑非。

bool passed = false;
Console.WriteLine(!passed);  // output: True
Console.WriteLine(!true);    // output: False

逻辑 AND 运算符 &

& 运算符计算操作数的逻辑与。如果 x 和 y 的计算结果都为 true，则 x & y 的结果为 true。否则，结果为 false。

即使左侧操作数计算结果为 false，& 运算符也会计算这两个操作数，而在这种情况下，无论右侧操作数的值为何，运算结果都为 false。

对于整型数值类型的操作数，& 运算符计算其操作数的位逻辑 AND。

逻辑异或运算符 ^

^ 运算符计算操作数的逻辑异或（亦称为“逻辑 XOR”）。如果 x 计算结果为 true 且 y 计算结果为 false，或者 x 计算结果为 false 且 y 计算结果为 true，那么 x ^ y 的结果为 true。否则，结果为 false。

逻辑或运算符 |

| 运算符计算操作数的逻辑或。如果 x 或 y 的计算结果为 true，则 x | y 的结果为 true。否则，结果为 false。

即使左侧操作数计算结果为 true，| 运算符也会计算这两个操作数，而在这种情况下，无论右侧操作数的值为何，运算结果都为 true。

对于整型数值类型的操作数，| 运算符计算其操作数的位逻辑 OR。

条件逻辑 AND 运算符 &&

条件逻辑与运算符 &&（亦称为“短路”逻辑与运算符）计算操作数的逻辑与。如果 x 和 y 的计算结果都为 true，则 x && y 的结果为 true。否则，结果为 false。如果 x 的计算结果为 false，则不计算 y。

条件逻辑或运算符 ||

条件逻辑或运算符 ||（亦称为“短路”逻辑或运算符）计算操作数的逻辑或。如果 x 或 y 的计算结果为 true，则 x || y 的结果为 true。否则，结果为 false。如果 x 的计算结果为 true，则不计算 y。

运算符优先级

以下列表按优先级从高到低的顺序对逻辑运算符进行排序：

逻辑非运算符 !
逻辑与运算符 &
逻辑异或运算符 ^
逻辑或运算符 |
条件逻辑与运算符 &&
条件逻辑或运算符 ||

使用括号 () 可以更改运算符优先级决定的计算顺序。

位运算符和移位运算符

以下运算符使用整数类型或 char 类型的操作数执行位运算或移位运算：

一元 ~（按位求补）运算符

二进制 <<（向左移位）和 >>（向右移位）移位运算符

二进制 &（逻辑 AND）、|（逻辑 OR）和 ^（逻辑异或）运算符

这些运算符是针对 int、uint、long 和 ulong 类型定义的。

按位求补运算符 ~

~ 运算符通过反转每个位产生其操作数的按位求补：

uint a = 0b_0000_1111_0000_1111_0000_1111_0000_1100;
uint b = ~a;
Console.WriteLine(Convert.ToString(b, toBase: 2));
// Output:
// 11110000111100001111000011110011

左移位运算符 <<

<< 运算符将其左侧操作数向左移动右侧操作数定义的位数。

左移运算会放弃超出结果类型范围的高阶位，并将低阶空位位置设置为零，如以下示例所示：

uint x = 0b_1100_1001_0000_0000_0000_0000_0001_0001;
Console.WriteLine($"Before: {Convert.ToString(x, toBase: 2)}");

uint y = x << 4;
Console.WriteLine($"After:  {Convert.ToString(y, toBase: 2)}");
// Output:
// Before: 11001001000000000000000000010001
// After:  10010000000000000000000100010000

由于移位运算符仅针对 int、uint、long 和 ulong 类型定义，因此运算的结果始终包含至少 32 位。如果左侧操作数是其他整数类型（sbyte、byte、short、ushort 或 char），则其值将转换为 int 类型，如以下示例所示：

byte a = 0b_1111_0001;

var b = a << 8;
Console.WriteLine(b.GetType());
Console.WriteLine($"Shifted byte: {Convert.ToString(b, toBase: 2)}");
// Output:
// System.Int32
// Shifted byte: 1111000100000000

右移位运算符 >>

>> 运算符将其左侧操作数向右移动右侧操作数定义的位数。

右移位运算会放弃低阶位，如以下示例所示：

uint x = 0b_1001;
Console.WriteLine($"Before: {Convert.ToString(x, toBase: 2), 4}");

uint y = x >> 2;
Console.WriteLine($"After:  {Convert.ToString(y, toBase: 2), 4}");
// Output:
// Before: 1001
// After:    10

高顺序空位位置是根据左侧操作数类型设置的，如下所示：

如果左侧操作数的类型是 int 或 long，则右移运算符将执行算术移位：左侧操作数的最高有效位（符号位）的值将传播到高顺序空位位置。也就是说，如果左侧操作数为非负，高顺序空位位置设置为零，如果为负，则将该位置设置为 1。

  int a = int.MinValue;
  Console.WriteLine($"Before: {Convert.ToString(a, toBase: 2)}");
  
  int b = a >> 3;
  Console.WriteLine($"After:  {Convert.ToString(b, toBase: 2)}");
  // Output:
  // Before: 10000000000000000000000000000000
  // After:  11110000000000000000000000000000

如果左侧操作数的类型是 uint 或 ulong，则右移运算符执行逻辑移位：高顺序空位位置始终设置为零。

  uint c = 0b_1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000;
  Console.WriteLine($"Before: {Convert.ToString(c, toBase: 2), 32}");
  
  uint d = c >> 3;
  Console.WriteLine($"After:  {Convert.ToString(d, toBase: 2), 32}");
  // Output:
  // Before: 10000000000000000000000000000000
  // After:     10000000000000000000000000000

相等运算符

==（相等）和 !=（不等）运算符检查其操作数是否相等。

相等运算符==

如果操作数相等，等于运算符 == 返回 true，否则返回 false。

值类型的相等性

如果内置值类型的值相等，则其操作数相等：

int a = 1 + 2 + 3;
int b = 6;
Console.WriteLine(a == b);  // output: True

char c1 = 'a';
char c2 = 'A';
Console.WriteLine(c1 == c2);  // output: False
Console.WriteLine(c1 == char.ToLower(c2));  // output: True

引用类型相等性

默认情况下，如果两个非记录引用类型操作符引用同一对象，则这两个操作符相等：

public class ReferenceTypesEquality
{
    public class MyClass
    {
        private int id;

        public MyClass(int id) => this.id = id;
    }

    public static void Main()
    {
        var a = new MyClass(1);
        var b = new MyClass(1);
        var c = a;
        Console.WriteLine(a == b);  // output: False
        Console.WriteLine(a == c);  // output: True
    }
}

记录相等性

在 C# 9.0 和更高版本中提供，记录类型支持 == 和 != 运算符，这些运算符默认提供值相等性语义。也就是说，当两个记录操作数均为 null 或所有字段的对应值和自动实现的属性相等时，两个记录操作数都相等。

public class RecordTypesEquality
{
    public record Point(int X, int Y, string Name);
    public record TaggedNumber(int Number, List<string> Tags);

    public static void Main()
    {
        var p1 = new Point(2, 3, "A");
        var p2 = new Point(1, 3, "B");
        var p3 = new Point(2, 3, "A");

        Console.WriteLine(p1 == p2);  // output: False
        Console.WriteLine(p1 == p3);  // output: True

        var n1 = new TaggedNumber(2, new List<string>() { "A" });
        var n2 = new TaggedNumber(2, new List<string>() { "A" });
        Console.WriteLine(n1 == n2);  // output: False
    }
}

字符串相等性

如果两个字符串均为 null 或者两个字符串实例具有相等长度且在每个字符位置有相同字符，则这两个字符串]操作数相等：

string s1 = "hello!";
string s2 = "HeLLo!";
Console.WriteLine(s1 == s2.ToLower());  // output: True

string s3 = "Hello!";
Console.WriteLine(s1 == s3);  // output: False

不等运算符 !=

如果操作数不相等，不等于运算符 != 返回 true，否则返回 false。对于内置类型的操作数，表达式 x != y 生成与表达式 !(x == y) 相同的结果。

int a = 1 + 1 + 2 + 3;
int b = 6;
Console.WriteLine(a != b);  // output: True

string s1 = "Hello";
string s2 = "Hello";
Console.WriteLine(s1 != s2);  // output: False

object o1 = 1;
object o2 = 1;
Console.WriteLine(o1 != o2);  // output: True

比较运算符

<（小于）、>（大于）、<=（小于或等于）和 >=（大于或等于）比较（也称为关系）运算符比较其操作数。所有整型和浮点数值类型都支持这些运算符。

小于运算符 <

如果左侧操作数小于右侧操作数，< 运算符返回 true，否则返回 false：

Console.WriteLine(7.0 < 5.1);   // output: False
Console.WriteLine(5.1 < 5.1);   // output: False
Console.WriteLine(0.0 < 5.1);   // output: True

Console.WriteLine(double.NaN < 5.1);   // output: False
Console.WriteLine(double.NaN >= 5.1);  // output: False

大于运算符 >

如果左侧操作数大于右侧操作数，> 运算符返回 true，否则返回 false：

Console.WriteLine(7.0 > 5.1);   // output: True
Console.WriteLine(5.1 > 5.1);   // output: False
Console.WriteLine(0.0 > 5.1);   // output: False

Console.WriteLine(double.NaN > 5.1);   // output: False
Console.WriteLine(double.NaN <= 5.1);  // output: False

小于或等于运算符 <=

如果左侧操作数小于或等于右侧操作数，<= 运算符返回 true，否则返回 false：

Console.WriteLine(7.0 <= 5.1);   // output: False
Console.WriteLine(5.1 <= 5.1);   // output: True
Console.WriteLine(0.0 <= 5.1);   // output: True

Console.WriteLine(double.NaN > 5.1);   // output: False
Console.WriteLine(double.NaN <= 5.1);  // output: False

大于或等于运算符 >=

如果左侧操作数大于或等于右侧操作数，>= 运算符返回 true，否则返回 false：

Console.WriteLine(7.0 >= 5.1);   // output: True
Console.WriteLine(5.1 >= 5.1);   // output: True
Console.WriteLine(0.0 >= 5.1);   // output: False

Console.WriteLine(double.NaN < 5.1);   // output: False
Console.WriteLine(double.NaN >= 5.1);  // output: False

默认表达式

default value 表达式生成类型的默认值。有两种类型的 default value 表达式：default 运算符调用和 default 文本。

default 运算符的实参必须是类型或类型形参的名称，如以下示例所示：

Console.WriteLine(default(int));  // output: 0
Console.WriteLine(default(object) is null);  // output: True

void DisplayDefaultOf<T>()
{
    var val = default(T);
    Console.WriteLine($"Default value of {typeof(T)} is {(val == null ? "null" : val.ToString())}.");
}

DisplayDefaultOf<int?>();
DisplayDefaultOf<System.Numerics.Complex>();
DisplayDefaultOf<System.Collections.Generic.List<int>>();
// Output:
// Default value of System.Nullable`1[System.Int32] is null.
// Default value of System.Numerics.Complex is (0, 0).
// Default value of System.Collections.Generic.List`1[System.Int32] is null.

nameof表达式

nameof 表达式可生成变量、类型或成员的名称作为字符串常量

Console.WriteLine(nameof(System.Collections.Generic));  // output: Generic
Console.WriteLine(nameof(List<int>));  // output: List
Console.WriteLine(nameof(List<int>.Count));  // output: Count
Console.WriteLine(nameof(List<int>.Add));  // output: Add

var numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };
Console.WriteLine(nameof(numbers));  // output: numbers
Console.WriteLine(nameof(numbers.Count));  // output: Count
Console.WriteLine(nameof(numbers.Add));  // output: Add

Lambda表达式

见后续Lambda表式专门培训章节

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