[.NET大牛之路 014] C# 基础:操作符知识点

操作符的英文是 Operator,在数值计算中习惯性的被叫作运算符,所以在中文的概念中,运算符是操作符的一个子集。

C# 中的操作符有很多,大部分像 +-&| 等都很基础也很简单,我就不讲了。本文只提取一些大家可能不知道的一些 C# 操作符相关的知识点。

01 操作符的重载

操作符重载大部分语言都没有,而 C# 有。C# 允许用户定义类型对操作符进行重载,方式是使用 operate 关键字把操作符写成公开静态函数。下面来演示一下重载 + 这个操作符。

我们创建一个 Complex 结构类型来代表一个复数,我们知道复数有实数和虚数组成,于是可以这样定义:

public struct Complex
{
    public double Real { get; set; }
    public double Imaginary { get; set; }
}

现在我们想实现复数的相加操作,即:

Complex a = new Complex() { Real = 1, Imaginary = 2 };
Complex b = new Complex() { Real = 4, Imaginary = 8 };
Complex c = a + b;

默认情况,自定义类是不能进行算术运算的,以上 a + b 会编译报错,我们需要对 + 进行操作符重载:

public static Complex operator +(Complex c1, Complex c2)
{
    return new Complex
    {
        Real = c1.Real + c2.Real,
        Imaginary = c1.Imaginary + c2.Imaginary
    };
}

C# 中像加减乘除等这类操作符都可以重载,也有些操作符是不能重载的,具体请查看文末参考链接。

02 隐式和显式转换操作符

我们知道子类可以隐式转换为父类,在某种情况下(如父类由子类赋值而来)父类可以显式转换为子类。

在 C# 中,对于没有子父类关系的用户定义类型,也是可以实现显式和隐式转换的。C# 允许用户定义类型通过使用 implicit  explicit 关键字来控制对象的赋值和对象的类型转换。它的定义形式如下:

public static <implicit/explicit> operator <结果类型>(<源类型> myType)

这里以结果类型为方法名,源类型对象作为参数,只能是这一个参数,不能定义第二个参数,但可以通过该参数对象访问其类的私有成员。下面是一个既有显式又有隐式转换操作符的例子:

public class BinaryImage
{
    private readonly bool[] _pixels;

    // 隐式转换操作符示例
    public static implicit operator ColorImage(BinaryImage bm)
    {
        return new ColorImage(bm);
    }

    // 显式转换操作符示例
    public static explicit operator bool[](BinaryImage bm)
    {
        return bm._pixels;
    }
}

public class ColorImage
{
    public ColorImage(BinaryImage bm) { }
}

这样,我们就可以把 BinaryImage 对象隐式转换为 ColorImage 对象,把 BinaryImage 对象显式转换为 bool 数组对象:

var binaryImage = new BinaryImage();
ColorImage colorImage = binaryImage; // 隐式转换
bool[] pixels = (bool[])binaryImage; // 显式转换

而且转换操作符可以定义为双向显示和隐式转换。既可从你的类型而来,亦可到你的类型而去:

public class BinaryImage
{
    public BinaryImage(ColorImage cm) { }

    public static implicit operator ColorImage(BinaryImage bm)
    {
        return new ColorImage(bm);
    }

    public static explicit operator BinaryImage(ColorImage cm)
    {
        return new BinaryImage(cm);
    }
}

我们知道 as 操作符也是一种显式转换操作符,那它适用于上面的这种情况吗,即:

ColorImage cm = myBinaryImage as ColorImage;

你觉得这样写有问题吗?请在评论区告诉我答案。

03 空条件和空联合操作符

空条件(Null Conditional)操作符 ?. 和空联合(Null Coalescing)操作符 ??,都是 C# 6.0 的语法,大多数人都很熟悉了,使用也很简单。

?. 操作符会在对象为 null 时立即返回 null,不为 null 时才会调用后面的代码。其中的符号 ? 代表对象不为空时的引用,符号 . 代表调用,后面不仅可以是对象的属性也可以是索引器或方法。示例:

var bar = foo?.Value; // 相当于 foo == null ? null : foo.Value
var bar = foo?.StringValue?.ToString(); // 可空类型可以一直接龙

如果是调用索引器,则不需要符号 .,比如:

var foo = new[] { 1, 2, 3 };
var bar = foo?[1]; // 相当于 foo == null ? null : foo[1]

空联合操作符 ??,当左边为空时则返回空,否则返回右边的值。同样,每一截的类型相同时支持接龙。

var fizz = foo.GetBar() ?? bar;
var buzz = foo ?? bar ?? fizz;

04 Lambda 操作符:=>

Lambda 操作符,即 =>,它用来定义 Lambda 表达式,也被广泛用于 LINQ 查询。它的一般定义形式如下:

(input parameters) => expression

示例:

string[] words = { "cherry", "apple", "blueberry" };
int minLength = words.Min((string w) => w.Length);

实际应用中我们一般省略参数的类型声明:

int minLength = words.Min(w => w.Length);

Lambda 操作符的后面可以是表达式,可以是语句,也可以是语句块,比如:

// 表达式
(int x, int y) => x + y

// 语句
(string x) => Console.WriteLine(x)

// 语句块
(string x) => {
    x += " says Hello!";
    Console.WriteLine(x);
}

这个操作符也可以很方便的用来定义委托方法(其实 Lambda 操作符就是由委托演变而来)。

单独定义委托方法:

void MyMethod(string s)
{
    Console.WriteLine(s + " World");
}
delegate void TestDelegate(string s);
TestDelegate myDelegate = MyMethod;
myDelegate("Hello");

使用 Lambda 操作符:

delegate void TestDelegate(string s);
TestDelegate myDelegate = s => Console.WriteLine(s + " World");
myDelegate("Hello");

在一个类中,当实现体只有一句代码时,也可以用 Lambda 操作符对方法和 Setter / Getter 进行简写:

public class Test
{
    public int MyProp { get => 123; }
    public void MyMethod() => Console.WriteLine("Hello!");
}

05 序列操作符:^ 和 ..

序列的 ^  .. 操作符是 C# 8 新增的,在上一篇文章讲过。^ 是末端索引操作符,用于指定从序列末端开始索引; .. 是范围操作符,用于指定一个范围的开始和结束索引。这两个操作符可以更文件地提取序列中的元素。

int[] arr = new int[] { 0, 1, 2, 3, 4, 5 };

int[] arr1 = arr[1..3];
// arr1 = [1, 2]

int[] arr2 = arr[1..^2];
// arr2 = [1, 2, 3]

int[] arr3 = arr[..^2];
// arr3 = [0, 1, 2, 3]

int[] arr4 = arr[..];
// arr4 = [0, 1, 2, 3, 4, 5]

更多关于 ^  .. 及其背后的 Index  Range 知识点请阅读上一篇文章。

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