5.1 编程语言的基元类型

Posted 2020-09-24 chiguozi

• 编译器直接支持的数据类型成为基元类型（primitive type）。基元类型直接映射到 Framework类库（FCL）中存在的类型。

1 int a =0;// Most convenient syntax
2 System.Int32 a =0;// Convenient syntax
3 int a =newint();// Inconvenient syntax
4 System.Int32 a =newSystem.Int32();// Most inconvenient syntax

 

• 上述4行代码都能正确编译，并且生成相同的IL。
  
  

• 作者不支持使用 FCL 类型名称，原因如下：

  1. 开发人员会纠结使用 string 还是 String，string 实际上是直接映射到 System.String 。不知道 int 是指 Int32 还是 Int64。int 映射到 System.Int32，与操作系统无关。
  2. C# long 映射岛 System.Int64，但在其他编程语言中，long 可能映射到 Int16 或 Int32。（C++/CLI 将long 视为Int32）许多语言不将long 作为关键字。
  3. FCL 的许多方法都将类型名作为方法名的一部分，如ReadBoolean，ReadInt32，ReadSingle 等。
  4. 只是用C#的许多程序员忘掉还可以用其他语言写面向CLR的代码。如 Array的 GetLongLength 返回 Int64 的值，在C#中为long，但是在其他语言中（C++/CLI）中却不是。//第3条示例

//第3条示例

1 BinaryReader br =newBinaryReader(...);
2 float val = br.ReadSingle();// OK, but feels unnatural
3 Single val = br.ReadSingle();// OK and feels good

 

• 不同类型，并且没有继承关系，正常情况下是不能直接转换的。但是 Int32 就可以隐式转换为 Int64。 因为C#编译器非常熟悉基元类型，会在编译代码时应用自己的特殊规则。示例：

1 Int32 i =5;// Implicit cast from Int32 to Int32
2 Int64 l = i;// Implicit cast from Int32 to Int64
3 Single s = i;// Implicit cast from Int32 to Single
4 Byte b =(Byte) i;// Explicit cast from Int32 to Byte
5 Int16 v =(Int16) s;// Explicit cast from Single to Int16

 

• 只有在类型安全的时候（不会发生数据丢失），C#才允许隐式转换。
• 不同编译器可能生成不同代码来处理转型。如将6.8的 Single 类型转换为 Int32 时，有的编译器可能截断（向下取整），有的则可能转换为7（向上取整）。C# 总是对结果截断（向下取整）
• 基本类型可以被写成字面值（literal），字面值为类型本身的实例。所以可以对其使用实例方法：
  Console.WriteLine(123.ToString() + 456.ToString()); // "123456"
• 如果表达式由字面值构成，编译器在编译时就能完成表达式的求值。

1 Boolean found =false;// Generated code sets found to 0
2 Int32 x =100+20+3;// Generated code sets x to 123
3 String s ="a "+"bc";// Generated code sets s to "a bc"

 

checked 和 unchecked 基元类型操作

• 基元类型执行的许多算数运算都可能造成溢出：

1 Byte b =100;
2 b =(Byte)(b +200);

 

• 执行上述运算时，第一步把操作数扩大为32位（或64位），计算结果，在存回变量 b 之前必须转型为 Byte。
• 不同语言处理移除的方式不同。 C 和 C++ 不将溢出视为操作，允许值回滚（wrap）, 而 VB 总是将溢出视为错误。
• CLR 提供了一些特殊的 IL 指令，允许编译器选择它认为最恰当的行为。 CLR 的 加、减、乘、除都提供了相关指令：add/add.ovf，sub/sub.ovf，mul/mul.ovf，conv/conv.ovf。带.ovf表示异常时会抛出 System.OverflowException异常，不带.ovf 则表示不会执行溢出检查。
• C# 默认关闭溢出检查。
• C# 编译器使用 /checked+ 编译开关。开启时生成的代码在执行时会稍微慢一些，因为需要检查计算结果。
• C# 提供 checked 和 unchecked 操作符来控制代码指定区域的溢出检查。

1 Uint32 invalid =unchecked((Uint32)(-1));// OK
2 Byte b =100;
3 b =checked((Byte)(b +200));// OverflowException is thrown
4 b =(Byte)checked(b +200);// b contains 44; no OverflowException

 

• 最后一个例子， b + 200 首先会转换为32位值， 所以不会被检测为溢出。
• C# 支持checked 和 unchecked 语句，它们语句块内的表达式都进行/不进行溢出检查。

1 checked
2 {// Start of checked block
3 Byte b =100;
4 b +=200;// This expression is checked for overflow.
5 }// End of checked block

 

• checked 操作符和 checked 语句的唯一作用是决定生成哪个版本的加、减、乘、除和数据转换IL指令，所以在 checked 操作符和语句中调用方法，不会对该方法造成任何影响。

1 checked
2 {
3 // Assume SomeMethod tries to load 400 into a Byte.
4 SomeMethod(400);
5 // SomeMethod might or might not throw an OverflowException.
6 // It would if SomeMethod were compiled with checked instructions.
7 }

• 一些建议：
  1. 尽量使用有符号数（如 Int32，Int64）而不是无符号数，这允许编译器检测更多的上溢/下溢错误。许多类库（Array 和 String 的Length 属性）被硬编码为返回有符号值，这样可以减少类型转换。无符号数不符合CLS（公共语言规范）。
  2. 在写代码时，不希望溢出的部分放到 checked 块中，同时捕获 OverflowException，并做相应处理。
  3. 写代码时，将允许发生溢出的代码显示的放到 unchecked 块中，如计算校验和。
  4. 对于没有使用 checked 和 unchecked 的代码，都假定希望在溢出时产生异常，视溢出为bug。
• 开发程序时，打开编译开关/checked+，检测异常，在发布时应用编译器的/checked-，可以确保运行效率。
• 如果在效率允许的情况下，开启/checked+，防止数据损坏。
• System.Decimal 被许多语言（如 C# 和 VB）认为是基元类型，但是 CLR 不把它当做基元类型。CLR 没有处理 Decimal 的 IL 指令。编译器会生成代码来调用 Decimal 的成员，并通过这些成员来进行运算，这意味着 Decimal 值的处理速度慢于 CLR 基元类型的值。
• 由于 CLR 没有处理 Decimal 的 IL 指令，所以checked 和 unchecked 对其无效，如果产生溢出，一定会抛出 OverflowException。

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补充

• 下列操作受溢出检查的影响：
  • 表达式在整型上使用下列预定义运算符：
    ++ — -（一元） + - * /
  • 整型间的显式数字转换。
• checked unchecked IL 测试：

 1 static void CheckUncheckTest()
 2 {
 3     byte a = 100;
 4     a = (byte)( a + 200 );
 5 
 6     a = 100;
 7     checked
 8     {
 9         a = (byte)( a + 200 );
10     }
11 }

 

• Vs 对 checked 编译选项开启关闭设置：属性->生成->高级->检查运算上溢/下溢