C# 内置值类型

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前言

本文为C# 数据类型其中的一个章节，主要介绍C# 的内置值类型。

一、内置值类型是什么？

C# 提供的内置值类型，也称为"简单类型"，所有简单值都是结构类型。
它们与其他结构类型的不同之处在于，它们允许特定的附加操作：
- 可以使用文字为简单类型提供值。
  - 例如， 'A' 是 char类型的文本， 2001 是 int 类型的文本， 12.34m 是 decimal类型的文本。
- 可以使用const关键字声明简单类型的常量。
  - 例如，可以定义 const decimal = 12.34m。不能具有其他结构类型的常数。
- 常量表达式的操作数都是简单类型的常量，在编译时进行计算。

有不理解的内置类型，结构类型等概念请查阅C# 数据类型

二、内置值类型有哪些？

整型
浮点型
布尔型（bool），表示布尔值
字符型（char），表示 Unicode UTF-16 字符

C# 提供了一组标准的内置类型，这些类型可供在任何 C# 程序中使用。

内置类型其实就是.NET类型在C# 中的别名，为了方便C#的编程。

三、内置值类型的使用？

1. 整型

1）基础介绍

整型类型表示整数。所有的整型类型均为值类型。
它们还是简单类型，可以使用文本进行初始化。
所有整型类型都支持算术、位、逻辑、比较和相等运算符。
每个整型数值类型的默认值都是 零。
每个整型类型都有 MinValue 和 MaxValue 属性，提供该类型的最小值和最大值。 这些属性是编译时常量，但本机大小类型（nint 和 nuint）的情况除外。对于本地大小的类型，MinValue 和 MaxValue 属性是在运行时计算的。这些类型的大小取决于进程设置。

在除最后两行之外的所有表行中，最左侧列中的每个 C# 类型关键字都是相应 .NET 类型的别名。关键字和 .NET 类型名称是可互换的。例如，以下声明声明了相同类型的变量：

csharp 复制代码

int a = 123;
System.Int32 b = 123;

表的最后两行中的 nint 和 nuint 类型是本机大小的整数。可以使用 nint 和 nuint 上下文关键字定义原本大小的整数。在 32 位进程中运行时有 32 位的整数，在 64 位进程中运行时有 64 位的整数。这些类型可用于互操作方案、低级别的库，可用于在广泛使用整数运算的方案中提高性能。

本机大小的整数类型在内部表示为 .NET 类型 System.IntPtr 和 System.UIntPtr。从 C# 11 开始，nint 和 nuint 类型是基础类型的别名。

2）BigInteger 扩展

除以上整型类型的外，还有一个 System.Numerics.BigInteger 结构用于表示没有上限或下限的带符号整数。
BigInteger 虽然是结构，但是用来表示整数。
详见 C# BigInteger 的使用

3）整数文本的前缀

C# 中各种进制数值的文本表示方式
- 二进制，使用 0b 或 0B 前缀
- 八进制，C# 中没有八进制的表示方法
- 十进制，不使用任何前缀
- 十六进制，使用 0x 或 0X 前缀

csharp 复制代码

//合法的二进制
int a = 0b101;  //换算成十进制为 5
int b = 0B100001;  //换算成十进制为 33

Console.WriteLine(a); //5
Console.WriteLine(b); //33
//非法的二进制
int c = 101010;  //无前缀 0B，相当于十进制
int d = 0B410;  //4不是有效的二进制数字

csharp 复制代码

//合法的十六进制
int a = 0X2A;  //换算成十进制为 42
int b = -0XA0;  //换算成十进制为 -160
int c = 0xffff;  //换算成十进制为 65535

Console.WriteLine(a);// 42
Console.WriteLine(b);// -160

//非法的十六进制
int m = 5A;  //没有前缀 0X，是一个无效数字
int n = 0X3H;  //H不是有效的十六进制数字

为啥要适用0b 或0x等前缀来表示不同进制的数值呢？道理很简单，就比如说我写个数字111 要是我不告诉你他是什么进制的，你如何知道该数字真实表示的值呢？有了前缀我们就能更明确的知道该数字实际的值。

4）整数文本的后缀

csharp 复制代码

        static void Main(string[] args)
        {
            var value1 = 12_1000_0000_0000u;
            Console.WriteLine(value1.GetType());  // System.UInt64
            
            var value2 = 121u;
            Console.WriteLine(value2.GetType());  // System.UInt32
        }

整数文本的类型由其后缀确定
- 如果文本没有后缀，则自动进行类型推断，其类型为以下类型中可表示其值的第一个类型：int、uint、long、ulong。
- 如果文本以 U 或 u 为后缀，则其类型为以下类型中可表示其值的第一个类型：uint、ulong。
- 如果文本以 L 或 l 为后缀，则其类型为以下类型中可表示其值的第一个类型：long、ulong。
- 如果文本的后缀为 UL、Ul、uL、ul、LU、Lu、lU 或 lu，则其类型为 ulong。

5）转换

可以将任何整型数值类型转换为其他整数数值类型。如果目标类型可以存储源类型的所有值，则转换是隐式的。否则，需要使用强制转换表达式来执行显式转换。

csharp 复制代码

double x = 1234.7;
int a = (int)x;
Console.WriteLine(a);   // output: 1234

形如：(int)x 的就是强制转换表达式

6）本机大小的整数

本机大小的整数类型具有特殊行为，因为存储是由目标计算机上的自然整数大小决定的。

若要在运行时获取本机大小的整数大小，可以使用 sizeof()。但是，必须在不安全的上下文中编译代码。
- 也可以通过静态 IntPtr.Size 和 UIntPtr.Size 属性获得等效的值。

csharp 复制代码

        static void Main(string[] args)
        {
            unsafe
            {
                Console.WriteLine($"size of nint = {sizeof(nint)}");
                Console.WriteLine($"size of nuint = {sizeof(nuint)}");
            }

            Console.WriteLine($"size of nint = {IntPtr.Size}");
            Console.WriteLine($"size of nuint = {UIntPtr.Size}");
            // output when run in a 64-bit process
            //size of nint = 8
            //size of nuint = 8

            // output when run in a 32-bit process
            //size of nint = 4
            //size of nuint = 4
        }

注意：使用unsafe 需要在 .csproj 项目文件中，新增如下配置：

若要在运行时获取本机大小的整数的最小值和最大值，请将 MinValue 和 MaxValue 用作 nint 和 nuint 关键字的静态属性，如以下示例中所示：

csharp 复制代码

Console.WriteLine($"nint.MinValue = {nint.MinValue}");
Console.WriteLine($"nint.MaxValue = {nint.MaxValue}");
Console.WriteLine($"nuint.MinValue = {nuint.MinValue}");
Console.WriteLine($"nuint.MaxValue = {nuint.MaxValue}");

// output when run in a 64-bit process
//nint.MinValue = -9223372036854775808
//nint.MaxValue = 9223372036854775807
//nuint.MinValue = 0
//nuint.MaxValue = 18446744073709551615

// output when run in a 32-bit process
//nint.MinValue = -2147483648
//nint.MaxValue = 2147483647
//nuint.MinValue = 0
//nuint.MaxValue = 4294967295

可以使用以下范围内的常量值：
- 对于 nint：Int32.MinValue 到 Int32.MaxValue。
- 对于 nuint：UInt32.MinValue 到 UInt32.MaxValue。

关于以上这些数据的数据范围的原理，可查阅：C# 整型、浮点型数值范围原理分析

2. 浮点型

1）基础介绍

浮点数值类型表示实数。所有浮点型数值类型均为值类型。
它们还是简单类型，可以使用文本进行初始化。
所有浮点数值类型都支持算术、比较和相等运算符。
每个浮点类型的默认值都为 零
每个浮点类型都有 MinValue 和 MaxValue 常量，提供该类型的最小值和最大有限值。
float and double 类型还提供可表示非数字和无穷大值的常量。
- 例如，double 类型提供以下常量：Double.NaN(非数字)、Double.NegativeInfinity(负无穷大值) 和 Double.PositiveInfinity(正无穷大值)。

在上表中，最左侧列中的每个 C# 类型关键字都是相应 .NET 类型的别名。它们是可互换的。例如，以下声明声明了相同类型的变量：

csharp 复制代码

double a = 12.3;
System.Double b = 12.3;

2）浮点类型的使用

可在表达式中将整型类型与 float 和 double 类型混合使用。
可在表达式中混合使用整型类型和 decimal 类型。
不能在表达式中将 decimal 类型与 float 和 double 类型混合使用。

csharp 复制代码

        static void Main(string[] args)
        {
            double a = 1.0;
            decimal b = 2.1m;
            Console.WriteLine(a + (double)b);
            Console.WriteLine((decimal)a + b);
        }

如果需要高速度和较小内存占用，并且可以接受一定的精度损失，选择 float。
如果需要更高的精度和更大的数值范围，但仍然可以接受浮点数的舍入误差，选择 double。
如果需要绝对精确的小数运算，特别是涉及货币和金融应用，选择 decimal。

3） NaN、NegativeInfinity、PositiveInfinity

以 Double 为例：

Double.NaN 表示不是数字 (NaN) 的值。此字段为常量。
当我们需要判断一个值是否是 Double.NaN的时候，需要使用 Double.IsNaN方法，而非==，具体原因如下例所示：

csharp 复制代码

        static void Main(string[] args)
        {
            double zero = 0;
            var res = 0 / zero;
            Console.WriteLine($"{res} - {res.GetType()}");    // NaN - System.Double

            var result1 = Double.IsNaN(res);
            var result2 = res == double.NaN;
            Console.WriteLine($"{result1}-{result2}");       // True - False
        }

Double.NegativeInfinity表示负无穷，此字段为常量。
- 此常量的值是将负数除以零的结果。
- 当操作的结果小于 Double.MinValue时，将返回此常量。
- 用于 IsNegativeInfinity 确定值的计算结果是否为负无穷大。

csharp 复制代码

// This will equal Infinity.
Console.WriteLine("10.0 minus NegativeInfinity equals {0}.", (10.0 - Double.NegativeInfinity).ToString());

//10.0 minus NegativeInfinity equals ∞.

Double.PositiveInfinity 表示正无穷，此字段为常量。
- 此常量的值是将正数除以零的结果。
- 当操作的结果大于 Double.MaxValue时，将返回此常量。
- 使用 IsPositiveInfinity 确定值的计算结果是否为正无穷大。

csharp 复制代码

// This will equal Infinity.
Console.WriteLine("PositiveInfinity plus 10.0 equals {0}.", (Double.PositiveInfinity + 10.0).ToString());

// PositiveInfinity plus 10.0 equals ∞.

4）浮点文本的后缀

各浮点型数据类型表示方式：

不带后缀的文本或带有 d 或 D 后缀的文本的类型为 double
带有 f 或 F 后缀的文本的类型为 float
带有 m 或 M 后缀的文本的类型为 decimal

csharp 复制代码

double d = 3D;
d = 4d;
d = 3.934_001;

float f = 3_000.5F;
f = 5.4f;

decimal myMoney = 3_000.5m;
myMoney = 400.75M;

还可以使用科学记数法，即指定真实文本的指数部分，如以下示例所示：

csharp 复制代码

double d = 0.42e2;
Console.WriteLine(d);  // output 42

float f = 134.45E-2f;
Console.WriteLine(f);  // output: 1.3445

decimal m = 1.5E6m;
Console.WriteLine(m);  // output: 1500000

5）转换

浮点数值类型之间只有一种隐式转换：从 float 到 double。但是，可以使用显式强制转换将任何浮点类型转换为任何其他浮点类型。

3. 布尔型

1）基本介绍

bool 类型关键字是 .NET System.Boolean 结构类型的别名，它表示一个布尔值，可为 true 或 false。
bool 类型是比较和相等运算符的结果类型。 bool 表达式可以是 if、do、while 和 for 语句中以及条件运算符 ?: 中的控制条件表达式。
bool 类型的默认值为 false。

csharp 复制代码

bool check = true;
Console.WriteLine(check ? "Checked" : "Not checked");  // output: Checked

Console.WriteLine(false ? "Checked" : "Not checked");  // output: Not checked

2）转换

true 转为整型对应的就是 1 ，反之，false 对应的 0

csharp 复制代码

        static void Main(string[] args)
        {
            bool b1 = true;
            bool b2 = false;
            Console.WriteLine($"true=>{Convert.ToInt32(b1)} - false=>{Convert.ToInt32(b2)}");
            //true=>1 - false=>0
        }

3） FalseString、TrueString

csharp 复制代码

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine($"{Boolean.FalseString} - {Boolean.TrueString}");
            // False - True
        }

4. 字符型

1）基本介绍

char 类型关键字是 .NET System.Char 结构类型的别名，它表示 Unicode UTF-16 字符。
char 类型的默认值为 \0，即 U+0000。
char 类型支持比较、相等、增量和减量运算符。此外，对于 char 操作数，算数和逻辑位运算符对相应的字符代码执行操作，并得出 int 类型的结果。

2）字符文本

可以使用以下命令指定 char 值：

字符文本。
Unicode 转义序列，它是 \u 后跟字符代码的十六进制表示形式（四个符号）。
十六进制转义序列，它是 \x 后跟字符代码的十六进制表示形式。

csharp 复制代码

var chars = new[]
{
    'j',
    '\u006A',
    '\x006A',
    (char)106,
};
Console.WriteLine(string.Join(" ", chars));  // output: j j j j

3）转换

char 类型可隐式转换为以下整型类型：ushort、int、uint、long 和 ulong。
它也可以隐式转换为内置浮点数值类型：float、double 和 decimal。
它可以显式转换为 sbyte、byte 和 short 整型类型。
无法将其他类型隐式转换为 char 类型。但是，任何整型或浮点数值类型都可显式转换为 char。

结语

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希望以上内容可以帮助到大家，如文中有不对之处，还请批评指正。

参考资料：
C# 类型系统
 强制转换和类型转换（C# 编程指南）
值类型（C# 参考）
8 种类型
 不安全代码、指针类型和函数指针
 官方 - C#文档
 官方 - .NET 文档

C# 内置值类型

总目录

前言

一、内置值类型是什么？

二、内置值类型有哪些？

三、内置值类型的使用？

1. 整型

1）基础介绍

2）BigInteger 扩展

3）整数文本的前缀

4）整数文本的后缀

5）转换

6）本机大小的整数

2. 浮点型

1）基础介绍

2）浮点类型的使用

3） NaN、NegativeInfinity、PositiveInfinity

4）浮点文本的后缀

5）转换

3. 布尔型

1）基本介绍

2）转换

3） FalseString、TrueString

4. 字符型

1） 基本介绍

2） 字符文本

3）转换

结语

1）基本介绍

2）字符文本