C# 中的基本数值类型

在之前的文章中（地址：https://www.vinanysoft.com/c-sharp-basics/introducing/），以 HelloWorld 程序为基础，介绍 C# 语言、它的结构、基本语法以及如何编写最简单的程序有了初步理解。

接下来介绍基本的 C# 类型，继续巩固 C# 的基础知识。本系列文章到目前为止只用过少量的内置数据类型，而且只是一笔带过。在 C# 中有大量的类型，而且可以通过合并类型来创建新类型。

但 C# 有几种类型非常简单，是其他所有类型的基础，它们称为预定义类型（predefined type）或基元类型（ primitive type）。

C# 提供了 16 种预定义类型，如下图所示。其中包括 13 种简单类型和 3 种非简单类型。

所有预定义类型的名称都由全小写的字母组成。预定义的简单类型包括以下 3 种。

• 11 种数值类型。
  • 不同长度的有符号和无符号整数类型。
  • 用于科学计算的二进制浮点类型 float 和 double。
  • 一种用于金融计算的十进制高精度浮点类型 decimal。与 float 和 double 不同，decimal 类型可以准确地表示分数。decimal 类型常用于货币的计算。
• 一种 Unicode 字符类型 char。
• 一种布尔类型 bool。bool 类型表示布尔值并且必须为 true 或 false。

非简单类型如下：

• object，它是所有其他类型的基类。
• string，它是一个 Unicode 字符数组。
• dynamic，使用动态语言编写的程序集时使用。

所有预定义类型都直接映射到底层的 .NET 类型。C# 的类型名称就是 .NET 类型的别名，所以使用 .NET 的类型名称也能很好地符合 C# 语法，不过并不鼓励这样做。在 C# 程序中，应该尽量使用 C# 类型名称而不是 .NET类型名称。

整数类型

C# 有八种整数类型，可选择最恰当的一种来存储数据以避免浪费资源。下表列出了 C# 支持的整型类型：

C# 类型/关键字	范围	大小	.NET 类型
sbyte	-128 到 127	8 位带符号整数	System.SByte
byte	0 到 255	无符号的 8 位整数	System.Byte
short	-32,768 到 32,767	有符号 16 位整数	System.Int16
ushort	0 到 65,535	无符号 16 位整数	System.UInt16
int	-2,147,483,648 到 2,647	带符号的 32 位整数	System.Int32
uint	0 到 4,294,967,295	无符号的 32 位整数	System.UInt32
long	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,807	64 位带符号整数	System.Int64
ulong	0 到 18,446,744,073,709,551,615	无符号 64 位整数	System.UInt64

C# 所有基元类型都有短名称（最左列）和完整名称（最右列）。完整名称对应 BCL（基类库）中的类型名称。

由于基元数据类型是其他类型的基础，所以 C# 为基元数据类型的完整名称提供了短名称（或称为缩写）。其实从编译器的角度看，两种名称完全一样，最终都生成相同的代码。事实上，检查最终生成的 CIL 代码，根本看不出源代码具体使用的名称。

例如，以下声明声明了相同类型的变量：

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

C# 支持完整 BCL 名称和关键字，造成开发人员犯难在什么时候用什么。不要时而用这个，时而用那个，最好坚持用一种。

C# 开发人员一般用 C# 关键字。例如，用 int 而不是 System.Int32，用 string 而不是 System.String（甚至不要用 String 这种简化形式）。

浮点类型（float 和 double）

C# 支持以下预定义浮点类型：

C# 类型/关键字	大致范围	精度	大小	.NET 类型
float	±1.5 x 10−45 至 ±3.4 x 1038	大约 6-9 位数字	4 个字节	System.Single
double	±5.0 × 10−324 到 ±1.7 × 10308	大约 15-17 位数字	8 个字节	System.Double

在上表中，最左侧列中的每个 C# 类型关键字都是相应 .NET 类型的别名。 它们是可互换的。 例如，以下声明声明了相同类型的变量：

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

decimal 类型

C# 类型/关键字	大致范围	精度	大小	.NET 类型
decimal	±1.0 x 10-28 至 ±7.9228 x 1028	28-29 位	16 个字节	System.Decimal

与 float 和 double 相比，decimal 类型具有更高的精度和更小的范围，因此它适合于财务和货币计算。

浮点数舍入误差

float 和 double 在内部都是基于 2 来表示数值的。因此只有基于 2 表示的数值才能够精确表示。事实上，这意味着大多数有小数部分的字面量（它们都基于 10）将无法精确表示。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);

输出

0.100000024
0.09999999999999998
0.1

这就是为什么 float 和 double 不适合金融计算。相反，decimal 基于 10，它能够精确表示基于 10 的数值（也包括它的因数，基于 2 和基于 5 的数值）。因为实数的字面量都是基于 10 的，所以 decimal 能够精确表示像 0.1 这样的数。然而，float、double 和 decimal 都不能精确表示那些基于 10 的循环小数：

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);

输出

0.1666666666666666666666666667
1.0000000000000000000000000002

0.16666666666666666
0.9999999999999999

字面量

字面量（literal value）表示源代码中的固定值。

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

默认情况下，输入带小数点的字面量，编译器自动把它解释成 double 类型。 如果输入的是整数值（没有小数点）通常默认为 int， 如果值太大，以至于无法用 int 来存储。编译器会把它解释成 long。

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

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

输出

expectIsInt 的类型是：Int32；expectIsLong 的类型是：Int64；expectIsDouble 的类型是：Double

由于带小数点的值默认为 double 类型，所以下面输出的结果中，超过可容纳的精度部分会被丢弃。

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

输出

5.141231231234568

要显示具有完整精度的数字，必须将字面量显式声明为 decimal 类型，通过追加一个 M（或者 m）来实现。

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

输出

5.141231231234567898765

还可以使用 F 和 D 作为后缀，将字面量分别显式声明为 float 或者 double。 对于整数数据类型，整数字面量的类型是像下面这样确定的：

• 如果整数字面量没有后缀，则其类型为以下类型中可表示其值的第一个类型：int、uint、long、ulong。

• 如果整数字面量以 U 或 u 为后缀，则其类型为以下类型中可表示其值的第一个类型：uint、ulong。

• 如果整数字面量以 L 或 l 为后缀，则其类型为以下类型中可表示其值的第一个类型：long、ulong。

  备注：可以使用小写字母 l 作为后缀。 但是，这会生成一个编译器警告，因为字母 l 可能与数字 1 混淆。 为清楚起见，请使用 L。

• 如果整数字面量的后缀为 UL、Ul、uL、ul、LU、Lu、lU 或 lu，则其类型为 ulong。

字面量的后缀不区分大小写。但一般推荐大写，避免出现小写字母 l 和数字 1 不好区分的情况。

从 C# 7.0 开始提供支持将 _ 用作数字分隔符，可以将数字分隔符用于所有类型的数字文本。

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# 支持使用科学记数法，指数记数法要求使用 e 或 E 中缀，在中缀字母后面添加正整数或者负整数，并在字面量最后添加恰当的数据类型后缀。

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 前缀表示十六进制计数法，在 C# 7.0 和更高版本中使用 0b 或 0B 前缀表示二进制计数法。

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

总结

C# 语言的基元类型包括八种整数类型、两种用于科学计算的二进制浮点类型、一种用于金融计算的十进制浮点类型。浮点型存在舍入误差，使用的时候要注意。