c# - 积分类型推广不一致

Question

using System;

public class Tester
{
    public static void Main()
    {
        const uint x=1u;
        const int y=-1;
        Console.WriteLine((x+y).GetType());
        // Let's refactor and inline y... oops!
        Console.WriteLine((x-1).GetType());
    }
}

想象一下上面的代码用于以下情况:

public long Foo(uint x)
{
    const int y = -1;
    var ptr = anIntPtr.ToInt64() + (x + y) * 4096;
    return ptr;
}

看起来内联y 是绝对安全的，但实际上并非如此。语言本身的这种不一致是违反直觉的，而且很危险。大多数程序员会简单地内联 y，但实际上您最终会遇到整数溢出错误。事实上，如果您编写上述代码，您很容易让下一个人在处理同一段代码时内联 y，甚至无需三思。

我认为这是 C# 的一个非常适得其反的语言设计问题。

第一个问题，这种行为在 C# 规范中的何处定义，为什么要这样设计？

第二个问题，1.GetType()/(-1).GetType()给出System.Int32。为什么它的行为与 const int y=-1 不同？

第三个问题，如果它隐式转换为 uint，那么我们如何明确地告诉编译器它是一个有符号整数(1i 不是有效语法!) ？

最后一个问题，这不可能是语言设计团队想要的行为(Eric Lippert 插话？)，对吧？

Answer 1

此行为在 C# 标准的第 6.1.9 节隐式常量表达式转换中进行了描述:

• A constant-expression (§7.19) of type int can be converted to type sbyte, byte, short, ushort, uint, or ulong, provided the value of the constant-expression is within the range of the destination type.

所以你有 const uint x = 1u; 和常量表达式 (x - 1)。

根据规范，x - 1 的结果通常是 int，但是因为常量表达式的值(即 0) 在 uint 的范围内，它将被视为 uint。

请注意，此处编译器将 1 视为无符号。

如果将表达式更改为 (x + -1)，它会将 -1 视为已签名并将结果更改为 int。 (在这种情况下，-1 中的 - 是一个“一元运算符”，它将 -1 的结果类型转换为 int，因此编译器无法再将其转换为 uint，就像普通 1 那样。

规范的这一部分意味着，如果我们将常量表达式更改为 x - 2，那么结果将不再是 uint，而是会被转换到 int。但是，如果您进行该更改，您会收到一个编译错误，指出结果将溢出 uint。

这是因为 C# 规范的另一部分，在 7.19 常量表达式 部分指出:

The compile-time evaluation of constant expressions uses the same rules as run-time evaluation of non-constant expressions, except that where run-time evaluation would have thrown an exception, compile-time evaluation causes a compile-time error to occur.

在这种情况下，如果执行 checked 计算就会发生溢出，因此编译器会停止。

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关于这个:

const uint x = 1u;
const int y = -1;
Console.WriteLine((x + y).GetType()); // Long

这和这个是一样的:

Console.WriteLine((1u + -1).GetType()); // Long

这是因为 -1 是 int 类型，而 1u 是 uint 类型。

Section 7.3.6.2 Binary numeric promotions 描述了这一点:

• 否则，如果任一操作数是 uint 类型，而另一个操作数是 sbyte、short 或 int 类型，则两个操作数都将转换为 long 类型。

(我省略了与这个具体表达式无关的部分。)

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附录:我只是想指出常量值和非常量值之间的一元减号(也称为“否定”)运算符的细微差别。

根据标准:

If the operand of the negation operator is of type uint, it is converted to type long, and the type of the result is long.

变量也是如此:

var p = -1;
Console.WriteLine(p.GetType()); // int

var q = -1u;
Console.WriteLine(q.GetType()); // long

var r = 1u;
Console.WriteLine(r.GetType()); // uint

尽管对于编译时常量，如果涉及 uint 的表达式正在使用它，1 的值将转换为 uint，以便将整个表达式保持为 uint，-1 实际上被视为 int。

我同意 OP - 这是非常微妙的东西，会导致各种惊喜。