为什么C#的二进制运算符无论输入格式如何，始终返回int类型？

Question

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如果我有两个 byte 类型的变量 a 和 b，为什么会出现以下情况：

byte c = a & b;

如果我在a和b的前面加上显式转换，它会产生有关将字节转换为整数的编译器错误吗？

此外，我知道关于这个问题，但我不确定它如何适用于这里。这似乎是关于operator &(byte operand, byte operand2)的返回类型的问题，编译器应该像处理其他运算符一样进行排序。

- MiffTheFox

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请查看 https://dev59.com/U0jSa4cB1Zd3GeqPHrIB 或 https://dev59.com/DnNA5IYBdhLWcg3whuV_ 或 https://dev59.com/n3NA5IYBdhLWcg3wfN6O，你可能会找到答案... - Joey

可能是重复的问题：byte + byte = int... why? - nawfal

4个回答

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这种行为是所有.NET编译器生成的中间语言（IL）设计的结果。虽然它支持短整数类型（byte，sbyte，short，ushort），但对它们的操作非常有限。只有加载、存储、转换和创建数组等操作。这不是偶然的，当IL被设计并且RISC是未来时，这些是你可以在32位处理器上高效执行的操作。

二进制比较和分支操作仅适用于int32、int64、本机int、本机浮点、对象和托管引用。这些操作数在任何当前CPU核心上都是32位或64位，确保JIT编译器可以生成高效的机器代码。

你可以在Ecma 335，Partition I，chapter 12.1和Partition III，chapter 1.5中了解更多信息。

我写了一篇更详细的文章在这里。

- Hans Passant

让我想知道这种隐式转换是否会带来处理成本...我最终进行位运算的数据类型通常是旧的图像格式（例如位平面组合/拆分），因此需要处理数万字节。 - Nyerguds

@Nyerguds 对本地类型的强制转换可能是在编译成IL时完成的，因此您在C#中定义的任何字节都会以uint形式出现在IL中。这意味着在除了编译时间之外的任何时候都不应该有性能损失，而编译时间的影响非常小。 - cvbattum

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对于byte类型（以及其他类型），二元运算符未定义。事实上，所有二元（数值）运算符仅作用于以下本机类型：

如果涉及任何其他类型，则会使用上述其中之一。

预定义的+、-、*、/、%、&、|、^、==、!=、>、<、>=和<=二元运算符的操作数会发生二进制数字提升。二进制数字提升隐式地将两个操作数转换为公共类型，对于非关系运算符，该公共类型还成为操作的结果类型。二进制数字提升包括按照它们出现的顺序应用以下规则：

如果任一操作数为decimal类型，则将另一个操作数转换为decimal类型，或者如果另一个操作数为float或double类型，则会出现编译时错误。
否则，如果任一操作数为double类型，则将另一个操作数转换为double类型。
否则，如果任一操作数为float类型，则将另一个操作数转换为float类型。
否则，如果任一操作数为ulong类型，则将另一个操作数转换为ulong类型，或者如果另一个操作数为sbyte、short、int或long类型，则会出现编译时错误。
否则，如果任一操作数为long类型，则将另一个操作数转换为long类型。
否则，如果任一操作数为uint类型，并且另一个操作数为sbyte、short或int类型，则将两个操作数都转换为long类型。
否则，如果任一操作数为uint类型，则将另一个操作数转换为uint类型。
否则，将两个操作数都转换为int类型。

- Philippe Leybaert

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基本上，这是因为C#设计者认为为位运算符（不会溢出）编写单独的规则与算术运算符（可能会溢出）的规则分开成本太高了。证明让编译器插入隐式转换是安全的微不足道，因为值始终在较窄类型的范围内。但显然，指定、编写和测试该行为的成本被认为大于收益。 - Ben Voigt

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实际上，这与位运算符有无并没有关系。只是没有作用于字节类型的运算符。 - Philippe Leybaert

无论CLR是否定义了这些操作符，都不会阻止C#表现得好像它有这样的操作符，就像C#将每个未重载“==”运算符的类类型都视为具有检查该类型两个对象的重载一样。 - supercat

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这是因为 & 是定义在整数上的，而不是字节上的，编译器会隐式地将两个参数转换为整数。

- Mau

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可以查看英文原文，
原文链接

- Mark Byers · Accepted Answer

为什么C#的位运算符始终返回int类型，而不考虑其输入的格式？

我不同意“始终”的说法。下面这个示例可以工作，并且 a & b 的结果类型是 long：

long a = 0xffffffffffff;
long b = 0xffffffffffff;
long x = a & b;

如果一个或两个参数是long、ulong或uint类型，则返回类型不是int。

C# 的按位运算符为什么会在输入为 byte 时返回 int 呢？

byte & byte的结果是int，因为byte上没有定义&运算符。（来源）

int具有&运算符，并且还有从byte到int的隐式转换，所以当您编写byte1 & byte2时，这实际上等同于编写((int) byte1) & ((int) byte2)，其结果是一个int。