减去无符号整数和有符号整数以及常量折叠

Question

减去无符号整数和有符号整数以及常量折叠

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基于这个有趣的问题：Addition of int and uint，并按照Nicholas Carey的答案中提到的对于常量折叠进行试验，我发现编译器似乎表现不一致：

考虑下面的代码片段：

int i = 1;
uint j = 2;
var k = i - j;

在这里，编译器正确地将k解析为long。这种特定的行为在规范中得到了明确定义，如先前引用问题的答案所解释的那样。

令我感到惊讶的是，在处理文字常量或常量时，该行为会发生变化。阅读Nicholas Carey的答案后，我意识到行为可能是不一致的，因此我进行了检查，并且果然如此：

const int i = 1;
const uint j = 2;
var k = i - j; //Compile time error: The operation overflows at compile time in checked mode.
k = 1 - 2u; //Compile time error: The operation overflows at compile time in checked mode.

k在这种情况下被解析为Uint32。

处理常量时行为不同的原因是什么？还是这是编译器中的一个小但不幸的“bug”（没有更好的术语）？

- InBetween

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猜测编译器不会对常量进行隐式转换。 - Powerlord

@Powerlord 嗯，毕竟它正在将 int 隐式转换为 uint，所以必须这样做。 - InBetween

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规范允许这样做，尽管... §6.1.9 隐式常量表达式转换: "类型为 int 的常量表达式 (§7.19) 可以转换为类型 sbyte、byte、short、ushort、uint 或 ulong，前提是常量表达式的值在目标类型的范围内。" 仍在努力查找它对字面值和/或常量变量的说明。 - Powerlord

2个回答

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请查看此处的答案。

问题在于您使用了const。

运行时，当有一个const时，行为与字面值完全相同，或者就像您在代码中硬编码这些数字一样，因此由于数字是1和2，它会转换为Uint32，因为1在uint32范围内。然后，当您尝试用uint32减去1-2时，它会溢出，因为1u-2u= +4,294,967,295（0xFFFFFFFF）。

编译器允许查看字面值，并将其解释为其他变量所不能的方式。由于const永远不会改变，因此它可以做出它本来无法做出的保证。在这种情况下，它可以保证1在uint范围内，因此可以隐式转换。在正常情况下（没有const），它无法做出那个保证，

有符号整数的范围从-2,147,483,648（0x80000000）到+2,147,483,647（0x7FFFFFFF）。

无符号整数的范围从0（0x00000000）到+4,294,967,295（0xFFFFFFFF）。

故事的寓意是，当混合const和var时要小心，您可能会得到意想不到的结果。

- Jared Wadsworth

在这里使用 var 不是问题，因为它是一个编译时错误。在实际代码中，我永远不会在表达式中使用 var，除非类型一眼就很清楚。而且我知道使用 const 或 常量字面值 会有相同的行为。我的问题是，为什么这种行为与涉及变量的一般行为不一致。 - InBetween

@Powerlord 不，var不是问题所在。long k = 1 - 2u;也是编译时错误。在C#中，返回类型从不在重载决策中起作用，那么为什么var会成为问题的一部分呢？问题在于当处理常量时，为什么1 - 2u会解析为uint。 - InBetween

因为当您使用常量时，编译器会将它们视为文字，这意味着编译器会查看它们并说：“那是一个uint”。这意味着当您尝试从较小的uint中减去较大的uint时，它会溢出。对于uints而言，1-2= +4,294,967,295（0xFFFFFFFF）。 - Jared Wadsworth

@JaredWadsworth：好的，如果我要减去两个uint，我会理解这一点。但是我正在减去一个int和一个uint，所以编译器将uint解释为返回类型是错误的。当不涉及常量时，它不会这样做。为什么要改变行为？ - InBetween

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@InBetween 很抱歉，但编译器从不会出错。它将1解释为uint，将2解释为uint，因为它将它们放在文字中。这仅在使用常量时发生，以确保常量永远不会更改（即保持恒定）。 1在uint范围内，因此被转换为uint，然后进行减法运算。如果它们不是const，则变成long的原因是编译器无法保证int在uint范围内。使用const修饰符可以。 - Jared Wadsworth

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可以查看英文原文，
原文链接

- Powerlord · Accepted Answer

从C#规范版本5，第6.1.9节，“常量表达式”只允许以下隐式转换：

* 常量表达式(§7.19)类型为int，可以转换为sbyte、byte、short、ushort、uint或ulong类型，前提是常量表达式的值在目标类型的范围内。 * 类型为long的常量表达式可以转换为ulong类型，前提是常量表达式的值不是负数。

请注意，长整数(long)不在int转换列表中。

另一半问题是仅有少量数字推广适用于二进制操作:

(来自第7.3.6.2节“二元数值提升”):

如果任意一个操作数的类型为decimal，则另一个操作数将被转换为decimal类型，或者如果另一个操作数是float或double类型，则会发生绑定时错误。否则，如果任意一个操作数的类型为double，则另一个操作数将被转换为double类型。否则，如果任意一个操作数的类型为float，则另一个操作数将被转换为float类型。否则，如果任意一个操作数的类型为ulong，则另一个操作数将被转换为ulong类型，或者如果另一个操作数的类型为sbyte、short、int或long，则会发生绑定时错误。否则，如果任意一个操作数的类型为long，则另一个操作数将被转换为long类型。否则，如果任意一个操作数的类型为uint，且另一个操作数的类型为sbyte、short或int，则两个操作数都将被转换为long类型。否则，如果任意一个操作数的类型为uint，则另一个操作数将被转换为uint类型。否则，两个操作数都将被转换为int类型。

请记住：常量禁止执行从int到long的转换，这意味着两个参数都将被提升为uint。