C# 中的基本數值類型

在以前的文章中（地址：https://www.vinanysoft.com/c-sharp-basics/introducing/），以 HelloWorld 程序爲基礎，介紹 C# 語言、它的結構、基本語法以及如何編寫最簡單的程序有了初步理解。

接下來介紹基本的 C# 類型，繼續鞏固 C# 的基礎知識。本系列文章到目前爲止只用過少許的內置數據類型，並且只是一筆帶過。在 C# 中有大量的類型，並且能夠經過合併類型來建立新類型。

但 C# 有幾種類型很是簡單，是其餘全部類型的基礎，它們稱爲預約義類型（predefined type）或基元類型（ primitive type）。

C# 提供了 16 種預約義類型，以下圖所示。其中包括 13 種簡單類型和 3 種非簡單類型。

全部預約義類型的名稱都由全小寫的字母組成。預約義的簡單類型包括如下 3 種。

• 11 種數值類型。
  • 不一樣長度的有符號和無符號整數類型。
  • 用於科學計算的二進制浮點類型 float 和 double。
  • 一種用於金融計算的十進制高精度浮點類型 decimal。與 float 和 double 不一樣，decimal 類型能夠準確地表示分數。decimal 類型經常使用於貨幣的計算。
• 一種 Unicode 字符類型 char。
• 一種布爾類型 bool。bool 類型表示布爾值而且必須爲 true 或 false。

非簡單類型以下：

• object，它是全部其餘類型的基類。
• string，它是一個 Unicode 字符數組。
• dynamic，使用動態語言編寫的程序集時使用。

全部預約義類型都直接映射到底層的 .NET 類型。C# 的類型名稱就是 .NET 類型的別名，因此使用 .NET 的類型名稱也能很好地符合 C# 語法，不過並不鼓勵這樣作。在 C# 程序中，應該儘可能使用 C# 類型名稱而不是 .NET類型名稱。

整數類型

C# 有八種整數類型，可選擇最恰當的一種來存儲數據以免浪費資源。下表列出了 C# 支持的整型類型：

C# 類型/關鍵字	範圍	大小	.NET 類型
sbyte	-128 到 127	8 位帶符號整數	System.SByte
byte	0 到 255	無符號的 8 位整數	System.Byte
short	-32,768 到 32,767	有符號 16 位整數	System.Int16
ushort	0 到 65,535	無符號 16 位整數	System.UInt16
int	-2,147,483,648 到 2,147,483,647	帶符號的 32 位整數	System.Int32
uint	0 到 4,294,967,295	無符號的 32 位整數	System.UInt32
long	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807	64 位帶符號整數	System.Int64
ulong	0 到 18,446,744,073,709,551,615	無符號 64 位整數	System.UInt64

C# 全部基元類型都有短名稱（最左列）和完整名稱（最右列）。完整名稱對應 BCL（基類庫）中的類型名稱。

因爲基元數據類型是其餘類型的基礎，因此 C# 爲基元數據類型的完整名稱提供了短名稱（或稱爲縮寫）。其實從編譯器的角度看，兩種名稱徹底同樣，最終都生成相同的代碼。事實上，檢查最終生成的 CIL 代碼，根本看不出源代碼具體使用的名稱。

例如，如下聲明聲明瞭相同類型的變量：

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

C# 支持完整 BCL 名稱和關鍵字，形成開發人員犯難在何時用什麼。不要時而用這個，時而用那個，最好堅持用一種。

C# 開發人員通常用 C# 關鍵字。例如，用 int 而不是 System.Int32，用 string 而不是 System.String（甚至不要用 String 這種簡化形式）。

浮點類型（float 和 double）

C# 支持如下預約義浮點類型：

C# 類型/關鍵字	大體範圍	精度	大小	.NET 類型
float	±1.5 x 10−45 至 ±3.4 x 1038	大約 6-9 位數字	4 個字節	System.Single
double	±5.0 × 10−324 到 ±1.7 × 10308	大約 15-17 位數字	8 個字節	System.Double

在上表中，最左側列中的每一個 C# 類型關鍵字都是相應 .NET 類型的別名。 它們是可互換的。 例如，如下聲明聲明瞭相同類型的變量：

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

decimal 類型

C# 類型/關鍵字	大體範圍	精度	大小	.NET 類型
decimal	±1.0 x 10-28 至 ±7.9228 x 1028	28-29 位	16 個字節	System.Decimal

與 float 和 double 相比，decimal 類型具備更高的精度和更小的範圍，所以它適合於財務和貨幣計算。

浮點數舍入偏差

float 和 double 在內部都是基於 2 來表示數值的。所以只有基於 2 表示的數值纔可以精確表示。事實上，這意味着大多數有小數部分的字面量（它們都基於 10）將沒法精確表示。例如:

float f1 = 1F;
float f2 = 0.9F;

Console.WriteLine(f1 - f2);

double d1 = 1D;
double d2 = 0.9D;

Console.WriteLine(d1 - d2);

decimal decimal1 = 1M;
decimal decimal2 = 0.9M;

Console.WriteLine(decimal1 - decimal2);

輸出

0.100000024
0.09999999999999998
0.1

這就是爲何 float 和 double 不適合金融計算。相反，decimal 基於 10，它可以精確表示基於 10 的數值（也包括它的因數，基於 2 和基於 5 的數值）。由於實數的字面量都是基於 10 的，因此 decimal 可以精確表示像 0.1 這樣的數。然而，float、double 和 decimal 都不能精確表示那些基於 10 的循環小數：

decimal m = 1M / 6M;
Console.WriteLine(m);

decimal m2 = m + m + m + m + m + m;
Console.WriteLine(m2);
Console.WriteLine();


double d = 1d / 6d;
Console.WriteLine(d);

double d2 = d + d + d + d + d + d;
Console.WriteLine(d2);

輸出

0.1666666666666666666666666667
1.0000000000000000000000000002

0.16666666666666666
0.9999999999999999

字面量

字面量（literal value）表示源代碼中的固定值。

Console.WriteLine(123);
Console.WriteLine(456.789);

默認狀況下，輸入帶小數點的字面量，編譯器自動把它解釋成 double 類型。 若是輸入的是整數值（沒有小數點）一般默認爲 int， 若是值太大，以致於沒法用 int 來存儲。編譯器會把它解釋成 long。

static void Main(string[] args)
{
    var expectIsInt = 123;
    var expectIsLong = 9223372036854775807;
    var expectIsDouble = 3.14;

    Console.WriteLine($"expectIsInt 的類型是：{expectIsInt.GetType().Name}；" +
                        $"expectIsLong 的類型是：{expectIsLong.GetType().Name}；" +
                        $"expectIsDouble 的類型是：{expectIsDouble.GetType().Name}");
}

輸出

expectIsInt 的類型是：Int32；expectIsLong 的類型是：Int64；expectIsDouble 的類型是：Double

因爲帶小數點的值默認爲 double 類型，因此下面輸出的結果中，超過可容納的精度部分會被丟棄。

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine(5.141231231234567898765);
}

輸出

5.141231231234568

要顯示具備完整精度的數字，必須將字面量顯式聲明爲 decimal 類型，經過追加一個 M（或者 m）來實現。

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine(5.141231231234567898765M);
}

輸出

5.141231231234567898765

還可使用 F 和 D 做爲後綴，將字面量分別顯式聲明爲 float 或者 double。 對於整數數據類型，整數字面量的類型是像下面這樣肯定的：

• 若是整數字面量沒有後綴，則其類型爲如下類型中可表示其值的第一個類型：int、uint、long、ulong。
• 若是整數字面量以 U 或 u 爲後綴，則其類型爲如下類型中可表示其值的第一個類型：uint、ulong。

• 若是整數字面量以 L 或 l 爲後綴，則其類型爲如下類型中可表示其值的第一個類型：long、ulong。

  備註：可使用小寫字母 l 做爲後綴。 可是，這會生成一個編譯器警告，由於字母 l 可能與數字 1 混淆。 爲清楚起見，請使用 L。

• 若是整數字面量的後綴爲 UL、Ul、uL、ul、LU、Lu、lU 或 lu，則其類型爲 ulong。

字面量的後綴不區分大小寫。但通常推薦大寫，避免出現小寫字母 l 和數字 1 很差區分的狀況。

從 C# 7.0 開始提供支持將 _ 用做數字分隔符，能夠將數字分隔符用於全部類型的數字文本。

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;

C# 支持使用科學記數法，指數記數法要求使用 e 或 E 中綴，在中綴字母后面添加正整數或者負整數，並在字面量最後添加恰當的數據類型後綴。

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

使用 0x 或 0X 前綴表示十六進制計數法，在 C# 7.0 和更高版本中使用 0b 或 0B 前綴表示二進制計數法。

var hexLiteral = 0x2A;
var binaryLiteral = 0b_0010_1010;

總結

C# 語言的基元類型包括八種整數類型、兩種用於科學計算的二進制浮點類型、一種用於金融計算的十進制浮點類型。浮點型存在舍入偏差，使用的時候要注意。