值类型取值范围、与运算(&)、或运算(|)、非运算(~)、异或运算(^)、位运算和位枚举

一、机器数和真值

1、机器数

一个数在计算机中的二进制表示形式,叫做这个数的机器数。机器数是带符号的,在计算机用一个数的最高位存放符号正数为0,负数为1

比如:十进制中的数 +3 ,计算机字长为8位,转换成二进制就是00000011。如果是 -3 ,就是 10000011 。

那么,这里的 00000011 和 10000011 就是机器数。

2、真值

因为第一位是符号位,所以机器数的形式值就不等于真正的数值。例如上面的有符号数 10000011,其最高位1代表负,其真正数值是 -3 而不是形式值131(10000011转换成十进制等于131)。

所以,为区别起见,将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值。例:0000 0001的真值 = +000 0001 = +1,1000 0001的真值 = –000 0001 = –1

二、原码, 反码, 补码

正数和负数在现代计算机里一般用补码表示。

1、原码

原码就是符号位加上真值的绝对值, 即用第一位表示符号, 其余位表示值. 比如如果是8位二进制:

[+1]原 = 0000 0001

[-1]原 = 1000 0001

2、反码

反码的表示方法是:

  正数的反码是其本身

  负数的反码是在其原码的基础上, 符号位不变,其余各个位取反。

[+1] = [00000001]原 = [00000001]反

[-1] = [10000001]原 = [11111110]反

3、补码

补码的表示方法是:

  正数的补码就是其本身

  负数的补码是在其原码的基础上, 符号位不变, 其余各位取反,最后+1。 (即在反码的基础上+1)

[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]补

[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]补

对于计算机,加减乘数已经是最基础的运算,要设计的尽量简单。计算机辨别“符号位”显然会让计算机的基础电路设计变得十分复杂!于是人们想出了将符号位也参与运算的方法。

计算十进制的表达式:1-1=0

为了解决原码做减法的问题,出现了反码:

1 - 1 = 1 + (-1) = [0000 0001]原 + [1000 0001]原= [0000 0001]反 + [1111 1110]反 = [1111 1111]反 = [1000 0000]原 = -0

发现用反码计算减法,结果的真值部分是正确的。而唯一的问题其实就出现在“0”这个特殊的数值上,虽然人们理解上+0和-0是一样的,但是0带符号是没有任何意义的,而且会有[0000 0000]和[1000 0000]两个编码表示0。

于是补码的出现,解决了0的符号以及两个编码的问题:

1-1 = 1 + (-1) = [0000 0001]原 + [1000 0001]原 = [0000 0001]补 + [1111 1111]补 = [0000 0000]补=[0000 0000]原

这样0用[0000 0000]表示, 而以前出现问题的-0则不存在了,而且可以用[1000 0000]表示-128

(-1) + (-127) = [1000 0001]原 + [1111 1111]原 = [1111 1111]补 + [1000 0001]补 = [1000 0000]补

-1-127的结果应该是-128,在用补码运算的结果中,[1000 0000] 就是-128。但是注意因为实际上是使用以前的-0的补码来表示-128,所以-128并没有原码和反码表示。(对-128的补码表示[1000 0000]算出来的原码是[0000 0000],这是不正确的。)

使用补码,不仅仅修复了0的符号以及存在两个编码的问题,而且还能够多表示一个最低数。这就是为什么8位二进制,使用原码或反码表示的范围为[-127, +127],而使用补码表示的范围为[-128, 127]。

因为机器使用补码,所以对于编程中常用到的32位int类型, 可以表示范围是: [-231, 231-1] 因为第一位表示的是符号位,而使用补码表示时又可以多保存一个最小值。

4、负数的补码转化为原码

符号位不变, 其余各位取反,最后+1。

[-4] = [1111 1100]补 = [1000 0100]原

三、值类型取值范围

保留字 System命名空间中的名字 字节数 取值范围 例子
sbyte System.Sbyte 1 -128~127 sbyte val = 12;
byte System.Byte 1 0~255

byte val1 = 12;

byte val2 = 34U;

short System.Int16 2 -32768~32767 short val = 12;
ushort System.UInt16 2 0~65535

ushort val1 = 12;

ushort val2 = 34U;

int System.Int32 4 -2147483648~2147483647 int val = 12;
uint System.UInt32 4 0~4292967295

uint val1 = 12;

uint val2 = 34U;

long System.Int64 8 -9223372036854775808~9223372036854775807

long val1 = 12;

long val2 = 34L;

ulong System.UInt64 8 0~18446744073709551615

ulong val1 = 12;

ulong val2 = 34U;

ulong val3 = 56L;

ulong val4 = 78UL;

char System.Char 2 0~65535 char val = 'h';
float System.Single 4 1.5 × 10−45  3.4 × 1038位精度 float val = 1.23F;
double System.Double 8 5.0 × 10−324  1.7 × 1030815 位精度

double val1 = 1.23;

double val2 = 4.56D;

bool System.Boolean   (true,false)

bool val1 = true;

bool val2 = false;

decimal System.Decimal 16 1.0 × 10−28  7.9 × 102828 位精度 decimal val = 1.23M;

四、与运算(&)

运算规则:

0&0=0;0&1=0;1&0=0;1&1=1

即:两个同时为1,结果为1,否则为0

例如:3 & 5

十进制3转为二进制的补码为:0000 0011

十进制5转为二进制的补码为:0000 0101

结果就是:0000 0001  转为十进制:+1

即:3 & 5 = 1

又例如:-2 & 2

正数和负数在现代计算机里一般用补码参与运算。

十进制-2的补码为:1111 1110

十进制 2的补码为:0000 0010

通过 &计算结果为:0000 0010 转为十进制:+2

即:-2 & 2 = 2

又例如:-2 & -2

十进制-2的补码为:1111 1110

十进制-2的补码为:1111 1110

通过 &计算结果为:1111 1110

首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。

把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2

即:-2 & -2 = -2

五、或运算(|)

运算规则:

0|0=0;  0|1=1;  1|0=1;   1|1=1;

即 :参加运算的两个对象,一个为1,其值为1

例:2 | 4

2的补码为:0000 0010

4的补码为:0000 0100

通过 | 运算结果为:0000 0110 转为十进制:+6

即:2 | 4 = 6

例:6 | 8

6的补码为:0000 0110

8的补码为:0000 1000

通过 | 运算结果为:0000 1110 转为十进制:+14

即:6 | 8 = 14

例:2 | -2

+2的补码为:0000 0010

 -2的补码为:1111 1110

通过 | 运算结果为:1111 1110

首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。

把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2

即:2 | -2 = -2

例:-2 | -4

-2的补码为:1111 1110

-4的补码为:1111 1100

通过 | 运算结果为:1111 1110

首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。

把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2

即:-2 | -4 = -2

六、非运算(~)

非运算即取反运算(包括符合位),在二进制中1变0,0变1。

例:~1

1的补码为:0000 0001

~1结果为:1111 1110

首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。

把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2

即:~1 = -2

例:~-1

-1的补码为:1111 1111

~-1结果为:0000 0000  转为十进制:+0

即:~-1 = 0

七、异或运算(^)

运算规则:

0^0=0;  0^1=1;  1^0=1;   1^1=0;

即:参加运算的两个对象,如果两个位为“异”(值不同),则该位结果为1,否则为0。相异为1,相同为0

例:3^5

3的补码为:0000 0011

5的补码为:0000 0101

通过 ^ 运算结果为:0000 0110 转为十进制:+6

即:3^5 = 6

例:-2^4

-2的补码为:1111 1110

 4的补码为:0000 0100

通过 ^ 运算结果为:1111 1010

首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。

把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0110 转为十进制就是:-6

即:-2^4 = -6

八、位运算

1、<<左移运算符(此处以1个字节为例)

将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位(左边的二进制丢弃,右边补0

例:1 << 1

1的补码为:0000 0001

左移1位后:0000 0010 转为十进制:+2

即:1<<1 = 2

例:1 << 2

1的补码为:0000 0001

左移1位后:0000 0100 转为十进制:+4

即:1<<2 = 4

例:-1<<1

-1的补码为:1111 1111

左移1位后:1111 1110

首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。

把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0010 转为十进制就是:-2

即:-1<<1 = -2

例:-5<<2

-5的补码为:1111 1011

左移2位后:1110 1100

首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。

把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1001 0100 转为十进制就是:-20

即:-5<<2 = -20

注意:以1个字节为例,-5左移5位后最高位就变成了0,结果就会是正数了。

PS:对于左移,直观的理解为,对于正数来说,左移相当于乘以2(但效率比乘法高);对于负数来说,没有直观的理解,因为它是用补码参与运算。

2、>>右移运算符(此处以1个字节为例)

将一个运算对象的各二进制位全部右移若干位,正数左补0,负数左补1

例:4>>2

4的补码为:0000 0100

右移2位后:0000 0001 转为十进制就是:+1

即:4>>2 = 1

例:-14>>2

-14的补码为:1111 0010

右移2位后:1111 1100

首先看最高位符合位是1,说明这是一个负数的补码表示。

把它转换成原码,符合位不变,其它位取反,最后再加1,得到原码为:1000 0100 转为十进制就是:-4

即:-14>>2 = -4

PS:对于右移,直观的理解为,对于正数来说,右移1位相当于除以2(但效率比除法高);对于负数来说,没有直观的理解。

九、位枚举

位枚举可以为枚举变量保存多个枚举值

枚举中每个元素的基础类型都是int,可以使用冒号指明另一种整数类型。已批准的枚举类型有:byte、sbyte、short、ushort、int、uint、long、ulong。

从 C# 7.3 开始,你可以在基类约束中使用 System.Enum(称为枚举约束),以指定类型参数为枚举类型

位枚举示例如下:

/// <summary>
/// 权限位枚举
/// 位枚举的枚举值是互斥得,通常是用2的n次方来依次为每一项赋值,为了运算此处不能是负数。
/// 枚举成员:1L << 0 到 1L << 62 共63个
/// </summary>
[Flags]
public enum Permission : long
{
    /// <summary>
    /// 创建
    /// </summary>
    [EnumDescription("Create")]
    Create = 1L << 0, //1

    /// <summary>
    /// 读取
    /// </summary>
    [EnumDescription("Read")]
    Read = 1L << 1,  //2

    /// <summary>
    /// 修改
    /// </summary>
    [EnumDescription("Update")]
    Update = 1L << 2, //4

    /// <summary>
    /// 删除
    /// </summary>
    [EnumDescription("Delete")]
    Delete = 1L << 3,  //8

    /// <summary>
    /// 管理员
    /// </summary>
    [EnumDescription("Admin")]
    Admin = 1L << 62 //注意:此处必须是1L,表示长整型的1,而不能是1。如果是1默认会是Int32位整型的1,Int32位整型的1左移62位后结果会是不对的。
}

具体使用如下:

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        //1、给用户创建、读取、修改和删除的权限
        var permission = Permission.Create | Permission.Read | Permission.Update | Permission.Delete;

        //2、去掉用户的修改和删除权限
        permission = permission & ~Permission.Update;
        permission = permission & ~Permission.Delete;

        //3、给用户加上管理员的权限
        permission = permission | Permission.Admin;

        //4、判断用户是否有创建的权限
        var isCreate = (permission & Permission.Create) != 0;

        //5、获取用户剩余的权限
        var listPermission = permission.GetDescriptionFlagsEnum();

        //打印结果
        Console.WriteLine("用户是否有创建的权限:" + isCreate);
        Console.WriteLine("下面是用户剩余的权限:");
        foreach (var item in listPermission)
        {
            Console.WriteLine(item);
        }

        Console.ReadKey();
    }
}

运行结果如下:

上面代码中涉及到2个类,自定义枚举描述特性类和枚举帮助类:

using System;

namespace TianYaSharpCore.Utility
{
    /// <summary>
    /// 自定义枚举描述特性
    /// </summary>
    [AttributeUsage(AttributeTargets.Field, AllowMultiple = true, Inherited = false)]
    public class EnumDescriptionAttribute : Attribute
    {
        /// <summary>
        /// 描述
        /// </summary>
        public string Desc { get; set; }

        /// <summary>
        /// 构造函数
        /// </summary>
        /// <param name="desc">描述</param>
        public EnumDescriptionAttribute(string desc)
        {
            this.Desc = desc;
        }
    }
}
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Reflection;

namespace TianYaSharpCore.Utility
{
    /// <summary>
    /// 枚举帮助类
    /// 从 C# 7.3 开始,你可以在基类约束中使用 System.Enum(称为枚举约束),以指定类型参数为枚举类型。
    /// </summary>
    public static class EnumHelper
    {
        #region 获取指定字段上的自定义特性标签的描述(基础方法)

        /// <summary>
        /// 获取指定字段上的自定义特性标签的描述(基础方法)
        /// </summary>
        /// <param name="fi">字段</param>
        /// <param name="splitChar">分隔符</param>
        /// <returns>返回指定字段上的自定义特性标签的描述</returns>
        public static string GetDescription(this FieldInfo fi, char splitChar = ',')
        {
            var desc = string.Empty; //字段上特性标签的描述
            Type typeEnumDescription = typeof(EnumDescriptionAttribute); //自定义枚举描述特性
            if (fi == null || !fi.IsDefined(typeEnumDescription, false)) //是否定义了特性
            {
                return desc;
            }

            object[] objs = fi.GetCustomAttributes(typeEnumDescription, false);//获取指定特性
            if (objs == null || objs.Length <= 0)
            {
                return desc;
            }

            //获取私有或者公开的实例属性
            PropertyInfo pi = typeEnumDescription.GetProperty("Desc", BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic);
            if (pi == null)
            {
                return desc;
            }

            EnumDescriptionAttribute[] arr = objs as EnumDescriptionAttribute[];
            foreach (EnumDescriptionAttribute item in arr) //遍历获取标签描述
            {
                desc += pi.GetValue(item, null) + splitChar.ToString();
            }
            desc = desc.TrimEnd(splitChar);

            return desc;
        }

        #endregion 获取指定字段上的自定义特性标签的描述(基础方法)

        #region 获取枚举描述(基础方法TEnum)

        /// <summary>
        /// 获取枚举描述(基础方法TEnum)
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam>
        /// <param name="enumValue">枚举值,例如Gender.Male</param>
        /// <param name="splitChar">分隔符</param>
        /// <returns>返回枚举描述</returns>
        public static string GetDescription<TEnum>(this TEnum enumValue, char splitChar = ',')
            where TEnum : Enum
        {
            Type t = enumValue.GetType();
            FieldInfo fi = t.GetField(enumValue.ToString());

            return fi.GetDescription(splitChar);
        }

        #endregion 获取枚举描述(基础方法TEnum)

        #region 获取枚举描述(long)

        /// <summary>
        /// 获取枚举描述
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam>
        /// <param name="enumValue">枚举值</param>
        /// <param name="splitChar">分隔符</param>
        /// <returns>返回枚举描述</returns>
        public static string GetDescription<TEnum>(this long enumValue, char splitChar = ',')
            where TEnum : Enum
        {
            TEnum e = (TEnum)Enum.Parse(typeof(TEnum), enumValue.ToString());
            return GetDescription(e, splitChar);
        }

        #endregion 获取枚举描述(long)

        #region 获取枚举描述(int)

        /// <summary>
        /// 获取枚举描述
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam>
        /// <param name="enumValue">枚举值</param>
        /// <param name="splitChar">分隔符</param>
        /// <returns>返回枚举描述</returns>
        public static string GetDescription<TEnum>(this int enumValue, char splitChar = ',')
            where TEnum : Enum
        {
            TEnum e = (TEnum)Enum.Parse(typeof(TEnum), enumValue.ToString());
            return GetDescription(e, splitChar);
        }

        #endregion 获取枚举描述(int)

        #region 获取枚举描述(Enum)

        /// <summary>
        /// 获取枚举描述
        /// </summary>
        /// <param name="enumValue">枚举值,例如Gender.Male</param>
        /// <param name="splitChar">分隔符</param>
        /// <returns>返回枚举描述</returns>
        public static string GetDescription(this Enum enumValue, char splitChar = ',')
        {
            return GetDescription<Enum>(enumValue, splitChar);
        }

        #endregion 获取枚举描述(Enum)

        #region 获取枚举值+枚举项字典

        /// <summary>
        /// 获取枚举值+枚举项字典
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam>
        /// <returns>返回枚举值+枚举项字典</returns>
        public static Dictionary<int, string> GetEnumValueItemDictionary<TEnum>()
            where TEnum : Enum
        {
            var dicEnum = new Dictionary<int, string>(); //key:枚举值,value:枚举项
            Type t = typeof(TEnum);
            FieldInfo[] fis = t.GetFields(BindingFlags.Static | BindingFlags.Public); //所有枚举成员
            if (fis == null || fis.Length <= 0)
            {
                return dicEnum;
            }

            //遍历枚举所有成员获取枚举值及枚举项
            foreach (var fi in fis)
            {
                if (!fi.FieldType.IsEnum) //是否是枚举字段
                {
                    continue;
                }

                var key = (int)fi.GetValue(null); //枚举值
                if (!dicEnum.ContainsKey(key))
                {
                    dicEnum.Add(key, fi.Name);
                }
            }

            return dicEnum;
        }

        #endregion 获取枚举值+枚举项字典

        #region 获取枚举值+描述字典

        /// <summary>
        /// 获取枚举值+描述字典
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam>
        /// <param name="splitChar">分隔符</param>
        /// <returns>返回枚举值+描述字典</returns>
        public static Dictionary<int, string> GetEnumValueDescDictionary<TEnum>(char splitChar = ',')
            where TEnum : Enum
        {
            var dicEnum = new Dictionary<int, string>(); //key:枚举值,value:枚举描述
            Type t = typeof(TEnum);
            FieldInfo[] fis = t.GetFields(BindingFlags.Static | BindingFlags.Public); //所有枚举成员
            if (fis == null || fis.Length <= 0)
            {
                return dicEnum;
            }

            //遍历枚举所有成员获取枚举值及描述
            foreach (var fi in fis)
            {
                if (!fi.FieldType.IsEnum) //是否是枚举字段
                {
                    continue;
                }

                var key = (int)fi.GetValue(null); //枚举值
                if (!dicEnum.ContainsKey(key))
                {
                    //fi.GetDescription(splitChar):枚举描述
                    dicEnum.Add(key, fi.GetDescription(splitChar));
                }
            }

            return dicEnum;
        }

        #endregion 获取枚举值+描述字典

        #region 获取枚举项+描述字典

        /// <summary>
        /// 获取枚举项+描述字典
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TEnum">枚举类型</typeparam>
        /// <param name="splitChar">分隔符</param>
        /// <returns>返回枚举项+描述字典</returns>
        public static Dictionary<string, string> GetEnumItemDescDictionary<TEnum>(char splitChar = ',')
            where TEnum : Enum
        {
            var dicEnum = new Dictionary<string, string>(); //key:枚举项,value:枚举描述
            Type t = typeof(TEnum);
            FieldInfo[] fis = t.GetFields(BindingFlags.Static | BindingFlags.Public); //所有枚举成员
            if (fis == null || fis.Length <= 0)
            {
                return dicEnum;
            }

            //遍历枚举所有成员获取枚举项及描述
            foreach (var fi in fis)
            {
                if (!fi.FieldType.IsEnum) //是否是枚举字段
                {
                    continue;
                }

                if (!dicEnum.ContainsKey(fi.Name))
                {
                    //fi.GetDescription(splitChar):枚举描述
                    dicEnum.Add(fi.Name, fi.GetDescription(splitChar));
                }
            }

            return dicEnum;
        }

        #endregion 获取枚举项+描述字典

        #region 获取位枚举描述

        /// <summary>
        /// 获取位枚举描述
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TEnum">
        /// 枚举类型
        /// </typeparam>
        /// <param name="enumValue">
        /// 枚举值
        /// </param>
        /// <param name="splitChar">
        /// 分隔符(枚举上打多个同样的特性标签时才会用到)
        /// </param>
        /// <returns>
        /// 位枚举描述
        /// </returns>
        public static List<string> GetDescriptionFlagsEnum<TEnum>(this TEnum enumValue, char splitChar = ',')
            where TEnum : Enum
        {
            var listDesc = new List<string>();
            Type t = typeof(TEnum);
            if (!t.IsEnum || !t.IsDefined(typeof(FlagsAttribute), false)) //必须是位枚举
            {
                return listDesc;
            }

            FieldInfo[] fis = t.GetFields(BindingFlags.Static | BindingFlags.Public); //所有枚举成员
            if (fis == null || fis.Length <= 0)
            {
                return listDesc;
            }

            //遍历枚举所有成员获取描述
            foreach (var fi in fis)
            {
                if (!fi.FieldType.IsEnum) //是否是枚举字段
                {
                    continue;
                }

                var value = (long)fi.GetValue(null); //枚举值
                if ((Convert.ToInt64(enumValue) & value) != 0) //&与运算 包含该枚举成员
                {
                    var enumDesc = fi.GetDescription(splitChar);
                    if (!string.IsNullOrEmpty(enumDesc))
                    {
                        listDesc.Add(enumDesc);
                    }
                }
            }

            return listDesc;
        }

        #endregion 获取位枚举描述
    }
}

PS从 C# 7.3 开始,你可以在基类约束中使用 System.Enum(称为枚举约束),以指定类型参数为枚举类型。

具体可参考官网:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/builtin-types/enum

C# 7.3 之前:

从 C# 7.3 开始:

参考相关文章:

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/builtin-types/enum

https://www.cnblogs.com/wqbin/p/11142873.html

https://www.runoob.com/w3cnote/csharp-enum.html

https://www.cnblogs.com/qqxz/p/5198474.html

 

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posted @ 2020-07-20 23:44  谢友海  阅读(238)  评论(0编辑  收藏