值类型取值范围与运算(&)或运算(|)非运算(~)异或运算(^)位运算和位枚举
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了值类型取值范围与运算(&)或运算(|)非运算(~)异或运算(^)位运算和位枚举相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
一、机器数和真值
1、机器数
一个数在计算机中的二进制表示形式,叫做这个数的机器数。机器数是带符号的,在计算机用一个数的最高位存放符号,正数为0,负数为1。
比如:十进制中的数 +3 ,计算机字长为8位,转换成二进制就是00000011。如果是 -3 ,就是 10000011 。
那么,这里的 00000011 和 10000011 就是机器数。
2、真值
因为第一位是符号位,所以机器数的形式值就不等于真正的数值。例如上面的有符号数 10000011,其最高位1代表负,其真正数值是 -3 而不是形式值131(10000011转换成十进制等于131)。
所以,为区别起见,将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值。例:0000 0001的真值 = +000 0001 = +1,1000 0001的真值 = –000 0001 = –1
二、原码, 反码, 补码
正数和负数在现代计算机里一般用补码表示。
1、原码
原码就是符号位加上真值的绝对值, 即用第一位表示符号, 其余位表示值. 比如如果是8位二进制:
[+1]原 = 0000 0001 [-1]原 = 1000 0001
2、反码
反码的表示方法是:
正数的反码是其本身
负数的反码是在其原码的基础上, 符号位不变,其余各个位取反。
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 [-1] = [10000001]原 = [11111110]反
3、补码
补码的表示方法是:
正数的补码就是其本身
负数的补码是在其原码的基础上, 符号位不变, 其余各位取反,最后+1。 (即在反码的基础上+1)
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]补 [-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]补
补码的出现,解决了0的符号以及两个编码的问题:
1-1 = 1 + (-1) = [0000 0001]原 + [1000 0001]原 = [0000 0001]补 + [1111 1111]补 = [0000 0000]补=[0000 0000]原
这样0用[0000 0000]表示, 而以前出现问题的-0则不存在了,而且可以用[1000 0000]表示-128。
(-1) + (-127) = [1000 0001]原 + [1111 1111]原 = [1111 1111]补 + [1000 0001]补 = [1000 0000]补
-1-127的结果应该是-128,在用补码运算的结果中,[1000 0000]补 就是-128。但是注意因为实际上是使用以前的-0的补码来表示-128,所以-128并没有原码和反码表示。(对-128的补码表示[1000 0000]补算出来的原码是[0000 0000]原,这是不正确的。)
使用补码,不仅仅修复了0的符号以及存在两个编码的问题,而且还能够多表示一个最低数。这就是为什么8位二进制,使用原码或反码表示的范围为[-127, +127],而使用补码表示的范围为[-128, 127]。
因为机器使用补码,所以对于编程中常用到的32位int类型, 可以表示范围是: [-231, 231-1] 因为第一位表示的是符号位,而使用补码表示时又可以多保存一个最小值。
4、负数的补码转化为原码
符号位不变, 其余各位取反,最后+1。
[-4] = [1111 1100]补 = [1000 0100]原
三、值类型取值范围
保留字 | System命名空间中的名字 | 字节数 | 取值范围 | 例子 |
sbyte | System.Sbyte | 1 | -128~127 | sbyte val = 12; |
byte | System.Byte | 1 | 0~255 |
byte val1 = 12; byte val2 = 34U; |
short | System.Int16 | 2 | -32768~32767 | short val = 12; |
ushort | System.UInt16 | 2 | 0~65535 |
ushort val1 = 12; ushort val2 = 34U; |
int | System.Int32 | 4 | -2147483648~2147483647 | int val = 12; |
uint | System.UInt32 | 4 | 0~4292967295 |
uint val1 = 12; uint val2 = 34U; |
long | System.Int64 | 8 | -9223372036854775808~9223372036854775807 |
long val1 = 12; long val2 = 34L; |
ulong | System.UInt64 | 8 | 0~18446744073709551615 |
ulong val1 = 12; ulong val2 = 34U; ulong val3 = 56L; ulong val4 = 78UL; |
char | System.Char | 2 | 0~65535 | char val = ‘h‘; |
float | System.Single | 4 | 1.5 × 10−45 至 3.4 × 1038,7 位精度 | float val = 1.23F; |
double | System.Double | 8 | 5.0 × 10−324 至 1.7 × 10308,15 位精度 |
double val1 = 1.23; double val2 = 4.56D; |
bool | System.Boolean | (true,false) |
bool val1 = true; bool val2 = false; |
|
decimal | System.Decimal | 16 | 1.0 × 10−28 至 7.9 × 1028,28 位精度 | decimal val = 1.23M; |
四、与运算(&)
运算规则:
0&0=0;0&1=0;1&0=0;1&1=1
即:两个同时为1,结果为1,否则为0
例如:3 & 5
十进制3转为二进制的补码为:0000 0011
十进制5转为二进制的补码为:0000 0101
结果就是:0000 0001 转为十进制:+1
即:3 & 5 = 1
又例如:-2 & 2
正数和负数在现代计算机里一般用补码参与运算。
十进制-2的补码为:1111 1110
十进制 2的补码为:0000 0010
通过 &计算结果为:0000 0010 转为十进制:+2
即:-2 & 2 = 2
又例如:-2 & -2
十进制-2的补码为:1111 1110
十进制-2的补码为:1111 1110
通过 &计算结果为:1111 1110
首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。
把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2
即:-2 & -2 = -2
五、或运算(|)
运算规则:
0|0=0; 0|1=1; 1|0=1; 1|1=1;
即 :参加运算的两个对象,一个为1,其值为1。
例:2 | 4
2的补码为:0000 0010
4的补码为:0000 0100
通过 | 运算结果为:0000 0110 转为十进制:+6
即:2 | 4 = 6
例:6 | 8
6的补码为:0000 0110
8的补码为:0000 1000
通过 | 运算结果为:0000 1110 转为十进制:+14
即:6 | 8 = 14
例:2 | -2
+2的补码为:0000 0010
-2的补码为:1111 1110
通过 | 运算结果为:1111 1110
首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。
把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2
即:2 | -2 = -2
例:-2 | -4
-2的补码为:1111 1110
-4的补码为:1111 1100
通过 | 运算结果为:1111 1110
首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。
把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2
即:-2 | -4 = -2
六、非运算(~)
非运算即取反运算(包括符合位),在二进制中1变0,0变1。
例:~1
1的补码为:0000 0001
~1结果为:1111 1110
首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。
把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2
即:~1 = -2
例:~-1
-1的补码为:1111 1111
~-1结果为:0000 0000 转为十进制:+0
即:~-1 = 0
七、异或运算(^)
运算规则:
0^0=0; 0^1=1; 1^0=1; 1^1=0;
即:参加运算的两个对象,如果两个位为“异”(值不同),则该位结果为1,否则为0。相异为1,相同为0。
例:3^5
3的补码为:0000 0011
5的补码为:0000 0101
通过 ^ 运算结果为:0000 0110 转为十进制:+6
即:3^5 = 6
例:-2^4
-2的补码为:1111 1110
4的补码为:0000 0100
通过 ^ 运算结果为:1111 1010
首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。
把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0110 转为十进制就是:-6
即:-2^4 = -6
八、位运算
1、<<左移运算符(此处以1个字节为例)
将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位(左边的二进制丢弃,右边补0)
例:1 << 1
1的补码为:0000 0001
左移1位后:0000 0010 转为十进制:+2
即:1<<1 = 2
例:1 << 2
1的补码为:0000 0001
左移1位后:0000 0100 转为十进制:+4
即:1<<2 = 4
例:-1<<1
-1的补码为:1111 1111
左移1位后:1111 1110
首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。
把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2
即:-1<<1 = -2
例:-5<<2
-5的补码为:1111 1011
左移2位后:1110 1100
首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。
把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1001 0100 转为十进制就是:-20
即:-5<<2 = -20
注意:以1个字节为例,-5左移5位后最高位就变成了0,结果就会是正数了。
PS:对于左移,直观的理解为,对于正数来说,左移相当于乘以2(但效率比乘法高);对于负数来说,没有直观的理解,因为它是用补码参与运算。
2、>>右移运算符(此处以1个字节为例)
将一个运算对象的各二进制位全部右移若干位,正数左补0,负数左补1。
例:4>>2
4的补码为:0000 0100
右移2位后:0000 0001 转为十进制就是:+1
即:4>>2 = 1
例:-14>>2
-14的补码为:1111 0010
右移2位后:1111 1100
首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。
把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0100 转为十进制就是:-4
即:-14>>2 = -4
PS:对于右移,直观的理解为,对于正数来说,右移1位相当于除以2(但效率比除法高);对于负数来说,没有直观的理解。
九、位枚举
位枚举可以为枚举变量保存多个枚举值。
枚举中每个元素的基础类型都是int,可以使用冒号指明另一种整数类型。已批准的枚举类型有:byte、sbyte、short、ushort、int、uint、long、ulong。
从 C# 7.3 开始,你可以在基类约束中使用 System.Enum(称为枚举约束),以指定类型参数为枚举类型。
位枚举示例如下:
/// <summary> /// 权限位枚举 /// 位枚举的枚举值是互斥得,通常是用2的n次方来依次为每一项赋值,为了运算此处不能是负数。 /// 枚举成员:1L << 0 到 1L << 62 共63个 /// </summary> [Flags] public enum Permission : long { /// <summary> /// 创建 /// </summary> [EnumDescription("Create")] Create = 1L << 0, //1 /// <summary> /// 读取 /// </summary> [EnumDescription("Read")] Read = 1L << 1, //2 /// <summary> /// 修改 /// </summary> [EnumDescription("Update")] Update = 1L << 2, //4 /// <summary> /// 删除 /// </summary> [EnumDescription("Delete")] Delete = 1L << 3, //8 /// <summary> /// 管理员 /// </summary> [EnumDescription("Admin")] Admin = 1L << 62 //注意:此处必须是1L,表示长整型的1,而不能是1。如果是1默认会是Int32位整型的1,Int32位整型的1左移62位后结果会是不对的。 }
具体使用如下:
class Program { static void Main(string[] args) { //1、给用户创建、读取、修改和删除的权限 var permission = Permission.Create | Permission.Read | Permission.Update | Permission.Delete; //2、去掉用户的修改和删除权限 permission = permission & ~Permission.Update; permission = permission & ~Permission.Delete; //3、给用户加上管理员的权限 permission = permission | Permission.Admin; //4、判断用户是否有创建的权限 var isCreate = (permission & Permission.Create) != 0; //5、获取用户剩余的权限 var listPermission = permission.GetDescriptionFlagsEnum(); //打印结果 Console.WriteLine("用户是否有创建的权限:" + isCreate); Console.WriteLine("下面是用户剩余的权限:"); foreach (var item in listPermission) { Console.WriteLine(item); } Console.ReadKey(); } }
运行结果如下:
上面代码中涉及到2个类,自定义枚举描述特性类和枚举帮助类:
using System; namespace TianYaSharpCore.Utility { /// <summary> /// 自定义枚举描述特性 /// </summary> [AttributeUsage(AttributeTargets.Field, AllowMultiple = true, Inherited = false)] public class EnumDescriptionAttribute : Attribute { /// <summary> /// 描述 /// </summary> public string Desc { get; set; } /// <summary> /// 构造函数 /// </summary> /// <param name="desc">描述</param> public EnumDescriptionAttribute(string desc) { this.Desc = desc; } } }
using System; using System.Collections.Generic; using System.Reflection; namespace TianYaSharpCore.Utility { /// <summary> /// 枚举帮助类 /// 从 C# 7.3 开始,你可以在基类约束中使用 System.Enum(称为枚举约束),以指定类型参数为枚举类型。 /// </summary> public static class EnumHelper { #region 获取指定字段上的自定义特性标签的描述(基础方法) /// <summary> /// 获取指定字段上的自定义特性标签的描述(基础方法) /// </summary> /// <param name="fi">字段</param> /// <param name="splitChar">分隔符</param> /// <returns>返回指定字段上的自定义特性标签的描述</returns> public static string GetDescription(this FieldInfo fi, char splitChar = ‘,‘) { var desc = string.Empty; //字段上特性标签的描述 Type typeEnumDescription = typeof(EnumDescriptionAttribute); //自定义枚举描述特性 if (fi == null || !fi.IsDefined(typeEnumDescription, false)) //是否定义了特性 { return desc; } object[] objs = fi.GetCustomAttributes(typeEnumDescription, false);//获取指定特性 if (objs == null || objs.Length <= 0) { return desc; } //获取私有或者公开的实例属性 PropertyInfo pi = typeEnumDescription.GetProperty("Desc", BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic); if (pi == null) { return desc; } EnumDescriptionAttribute[] arr = objs as EnumDescriptionAttribute[]; foreach (EnumDescriptionAttribute item in arr) //遍历获取标签描述 { desc += pi.GetValue(item, null) + splitChar.ToString(); } desc = desc.TrimEnd(splitChar); return desc; } #endregion 获取指定字段上的自定义特性标签的描述(基础方法) #region 获取枚举描述(基础方法TEnum) /// <summary> /// 获取枚举描述(基础方法TEnum) /// </summary> /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam> /// <param name="enumValue">枚举值,例如Gender.Male</param> /// <param name="splitChar">分隔符</param> /// <returns>返回枚举描述</returns> public static string GetDescription<TEnum>(this TEnum enumValue, char splitChar = ‘,‘) where TEnum : Enum { Type t = enumValue.GetType(); FieldInfo fi = t.GetField(enumValue.ToString()); return fi.GetDescription(splitChar); } #endregion 获取枚举描述(基础方法TEnum) #region 获取枚举描述(long) /// <summary> /// 获取枚举描述 /// </summary> /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam> /// <param name="enumValue">枚举值</param> /// <param name="splitChar">分隔符</param> /// <returns>返回枚举描述</returns> public static string GetDescription<TEnum>(this long enumValue, char splitChar = ‘,‘) where TEnum : Enum { TEnum e = (TEnum)Enum.Parse(typeof(TEnum), enumValue.ToString()); return GetDescription(e, splitChar); } #endregion 获取枚举描述(long) #region 获取枚举描述(int) /// <summary> /// 获取枚举描述 /// </summary> /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam> /// <param name="enumValue">枚举值</param> /// <param name="splitChar">分隔符</param> /// <returns>返回枚举描述</returns> public static string GetDescription<TEnum>(this int enumValue, char splitChar = ‘,‘) where TEnum : Enum { TEnum e = (TEnum)Enum.Parse(typeof(TEnum), enumValue.ToString()); return GetDescription(e, splitChar); } #endregion 获取枚举描述(int) #region 获取枚举描述(Enum) /// <summary> /// 获取枚举描述 /// </summary> /// <param name="enumValue">枚举值,例如Gender.Male</param> /// <param name="splitChar">分隔符</param> /// <returns>返回枚举描述</returns> public static string GetDescription(this Enum enumValue, char splitChar = ‘,‘) { return GetDescription<Enum>(enumValue, splitChar); } #endregion 获取枚举描述(Enum) #region 获取枚举值+枚举项字典 /// <summary> /// 获取枚举值+枚举项字典 /// </summary> /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam> /// <returns>返回枚举值+枚举项字典</returns> public static Dictionary<int, string> GetEnumValueItemDictionary<TEnum>() where TEnum : Enum { var dicEnum = new Dictionary<int, string>(); //key:枚举值,value:枚举项 Type t = typeof(TEnum); FieldInfo[] fis = t.GetFields(BindingFlags.Static | BindingFlags.Public); //所有枚举成员 if (fis == null || fis.Length <= 0) { return dicEnum; } //遍历枚举所有成员获取枚举值及枚举项 foreach (var fi in fis) { if (!fi.FieldType.IsEnum) //是否是枚举字段 { continue; } var key = (int)fi.GetValue(null); //枚举值 if (!dicEnum.ContainsKey(key)) { dicEnum.Add(key, fi.Name); } } return dicEnum; } #endregion 获取枚举值+枚举项字典 #region 获取枚举值+描述字典 /// <summary> /// 获取枚举值+描述字典 /// </summary> /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam> /// <param name="splitChar">分隔符</param> /// <returns>返回枚举值+描述字典</returns> public static Dictionary<int, string> GetEnumValueDescDictionary<TEnum>(char splitChar = ‘,‘) where TEnum : Enum { var dicEnum = new Dictionary<int, string>(); //key:枚举值,value:枚举描述 Type t = typeof(TEnum); FieldInfo[] fis = t.GetFields(BindingFlags.Static | BindingFlags.Public); //所有枚举成员 if (fis == null || fis.Length <= 0) { return dicEnum; } //遍历枚举所有成员获取枚举值及描述 foreach (var fi in fis) { if (!fi.FieldType.IsEnum) //是否是枚举字段 { continue; } var key = (int)fi.GetValue(null); //枚举值 if (!dicEnum.ContainsKey(key)) { //fi.GetDescription(splitChar):枚举描述 dicEnum.Add(key, fi.GetDescription(splitChar)); } } return dicEnum; } #endregion 获取枚举值+描述字典 #region 获取枚举项+描述字典 /// <summary> /// 获取枚举项+描述字典 /// </summary> /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam> /// <param name="splitChar">分隔符</param> /// <returns>返回枚举项+描述字典</returns> public static Dictionary<string, string> GetEnumItemDescDictionary<TEnum>(char splitChar = ‘,‘) where TEnum : Enum { var dicEnum = new Dictionary<string, string>(); //key:枚举项,value:枚举描述 Type t = typeof(TEnum); FieldInfo[] fis = t.GetFields(BindingFlags.Static | BindingFlags.Public); //所有枚举成员 if (fis == null || fis.Length <= 0) { return dicEnum; } //遍历枚举所有成员获取枚举项及描述 foreach (var fi in fis) { if (!fi.FieldType.IsEnum) //是否是枚举字段 { continue; } if (!dicEnum.ContainsKey(fi.Name)) { //fi.GetDescription(splitChar):枚举描述 dicEnum.Add(fi.Name, fi.GetDescription(splitChar)); } } return dicEnum; } #endregion 获取枚举项+描述字典 #region 获取位枚举描述 /// <summary> /// 获取位枚举描述 /// </summary> /// <typeparam name="TEnum"> /// 枚举类型 /// </typeparam> /// <param name="enumValue"> /// 枚举值 /// </param> /// <param name="splitChar"> /// 分隔符(枚举上打多个同样的特性标签时才会用到) /// </param> /// <returns> /// 位枚举描述 /// </returns> public static List<string> GetDescriptionFlagsEnum<TEnum>(this TEnum enumValue, char splitChar = ‘,‘) where TEnum : Enum { var listDesc = new List<string>(); Type t = typeof(TEnum); if (!t.IsEnum || !t.IsDefined(typeof(FlagsAttribute), false)) //必须是位枚举 { return listDesc; } FieldInfo[] fis = t.GetFields(BindingFlags.Static | BindingFlags.Public); //所有枚举成员 if (fis == null || fis.Length <= 0) { return listDesc; } //遍历枚举所有成员获取描述 foreach (var fi in fis) { if (!fi.FieldType.IsEnum) //是否是枚举字段 { continue; } var value = (long)fi.GetValue(null); //枚举值 if ((Convert.ToInt64(enumValue) & value) != 0) //&与运算 包含该枚举成员 { var enumDesc = fi.GetDescription(splitChar); if (!string.IsNullOrEmpty(enumDesc)) { listDesc.Add(enumDesc); } } } return listDesc; } #endregion 获取位枚举描述 } }
PS:从 C# 7.3 开始,你可以在基类约束中使用 System.Enum(称为枚举约束),以指定类型参数为枚举类型。
具体可参考官网:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/builtin-types/enum
C# 7.3 之前:
从 C# 7.3 开始:
参考相关文章:
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/builtin-types/enum
https://www.cnblogs.com/wqbin/p/11142873.html
https://www.runoob.com/w3cnote/csharp-enum.html
https://www.cnblogs.com/qqxz/p/5198474.html
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以上是关于值类型取值范围与运算(&)或运算(|)非运算(~)异或运算(^)位运算和位枚举的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章