[C#.NET 拾遺補漏]05：操作符的幾個騷操作

LiamWang發表於2020-06-11
C#

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大家好，這是極客精神【C#.NET 拾遺補漏】專輯的第 5 篇文章，今天要講的內容是操作符。

操作符的英文是 Operator，在數值計算中習慣性的被叫作運算子，所以在中文的概念中，運算子是操作符的一個子集。

操作符是很基礎的知識了，基礎歸基礎，我們來回顧一下 C# 操作符那些比較騷的操作，能想到的不多，請大家補充。

操作符的過載

操作符過載大部分語言都沒有，而 C# 有。C# 允許使用者定義型別對操作符進行過載，方式是使用 operate 關鍵字把操作符寫成公開靜態函式。下面來演示一下過載 + 這個操作符。

我們建立一個 Complex 結構型別來代表一個複數，我們知道複數有實數和虛陣列成，於是可以這樣定義：

public struct Complex
{
    public double Real { get; set; }
    public double Imaginary { get; set; }
}

現在我們想實現複數的相加操作，即：

Complex a = new Complex() { Real = 1, Imaginary = 2 };
Complex b = new Complex() { Real = 4, Imaginary = 8 };
Complex c = a + b;

預設情況，自定義類是不能進行算術運算的，以上 a + b 會編譯報錯，我們需要對 + 進行操作符過載：

public static Complex operator +(Complex c1, Complex c2)
{
    return new Complex
    {
        Real = c1.Real + c2.Real,
        Imaginary = c1.Imaginary + c2.Imaginary
    };
}

C# 中像加減乘除等這類操作符都可以過載，也有些操作符是不能過載的，具體請檢視文末參考連結。

隱式和顯式轉換操作符

我們知道子類可以隱式轉換為父類，在某種情況下（如父類由子類賦值而來）父類可以顯式轉換為子類。

在 C# 中，對於沒有子父類關係的使用者定義型別，也是可以實現顯式和隱式轉換的。C# 允許使用者定義型別通過使用 implicit 和 explicit 關鍵字來控制物件的賦值和物件的型別轉換。它的定義形式如下：

public static <implicit/explicit> operator <結果型別>(<源型別> myType)

這裡以結果型別為方法名，源型別物件作為引數，只能是這一個引數，不能定義第二個引數，但可以通過該引數物件訪問其類的私有成員。下面是一個既有顯式又有隱式轉換操作符的例子：

public class BinaryImage
{
    private readonly bool[] _pixels;

    // 隱式轉換操作符示例
    public static implicit operator ColorImage(BinaryImage bm)
    {
        return new ColorImage(bm);
    }

    // 顯式轉換操作符示例
    public static explicit operator bool[](BinaryImage bm)
    {
        return bm._pixels;
    }
}

public class ColorImage
{
    public ColorImage(BinaryImage bm) { }
}

這樣，我們就可以把 BinaryImage 物件隱式轉換為 ColorImage 物件，把 BinaryImage 物件顯式轉換為 bool 陣列物件：

var binaryImage = new BinaryImage();
ColorImage colorImage = binaryImage; // 隱式轉換
bool[] pixels = (bool[])binaryImage; // 顯式轉換

而且轉換操作符可以定義為雙向顯示和隱式轉換。既可從你的型別而來，亦可到你的型別而去：

public class BinaryImage
{
    public BinaryImage(ColorImage cm) { }

    public static implicit operator ColorImage(BinaryImage bm)
    {
        return new ColorImage(bm);
    }

    public static explicit operator BinaryImage(ColorImage cm)
    {
        return new BinaryImage(cm);
    }
}

我們知道 as 操作符也是一種顯式轉換操作符，那它適用於上面的這種情況嗎，即：

ColorImage cm = myBinaryImage as ColorImage;

你覺得這樣寫有問題嗎？請在評論區告訴我答案。

空條件和空聯合操作符

空條件(Null Conditional)操作符 ?. 和空聯合(Null Coalescing)操作符 ??，都是 C# 6.0 的語法，大多數人都很熟悉了，使用也很簡單。

?. 操作符會在物件為 null 時立即返回 null，不為 null 時才會呼叫後面的程式碼。其中的符號 ? 代表物件本身，符號 . 代表呼叫，後面不僅可以是物件的屬性也可以是索引器或方法。以該操作符為分隔的每一截型別相同時可以接龍。示例：

var bar = foo?.Value; // 相當於 foo == null ? null : foo.Value
var bar = foo?.StringValue?.ToString(); // 每一截型別相同支援接龍
var bar = foo?.IntValue?.ToString(); // 每一截型別不同，不能接龍，因為結果型別無法確定

如果是呼叫索引器，則不需要符號 .，比如：

var foo = new[] { 1, 2, 3 };
var bar = foo?[1]; // 相當於 foo == null ? null : foo[1]

空聯合操作符 ??，當左邊為空時則返回右邊的值，否則返回左邊的值。同樣，每一截的型別相同時支援接龍。

var fizz = foo.GetBar() ?? bar;
var buzz = foo ?? bar ?? fizz;

=> Lambda 操作符

Lambda 操作符，即 =>，它用來定義 Lambda 表示式，也被廣泛用於 LINQ 查詢。它的一般定義形式如下：

(input parameters) => expression

示例：

string[] words = { "cherry", "apple", "blueberry" };
int minLength = words.Min((string w) => w.Length);

實際應用中我們一般省略引數的型別宣告：

int minLength = words.Min(w => w.Length);

Lambda 操作符的後面可以是表示式，可以是語句，也可以是語句塊，比如：

// 表示式
(int x, int y) => x + y

// 語句
(string x) => Console.WriteLine(x)

// 語句塊
(string x) => {
    x += " says Hello!";
    Console.WriteLine(x);
}

這個操作符也可以很方便的用來定義委託方法（其實 Lambda 操作符就是由委託演變而來）。

單獨定義委託方法：

void MyMethod(string s)
{
    Console.WriteLine(s + " World");
}
delegate void TestDelegate(string s);
TestDelegate myDelegate = MyMethod;
myDelegate("Hello");

使用 Lambda 操作符：

delegate void TestDelegate(string s);
TestDelegate myDelegate = s => Console.WriteLine(s + " World");
myDelegate("Hello");

在一個類中，當實現體只有一句程式碼時，也可以用 Lambda 操作符對方法和 Setter / Getter 進行簡寫：

public class Test
{
    public int MyProp { get => 123; }
    public void MyMethod() => Console.WriteLine("Hello!");
}

以上是幾種比較有代表性的操作符的“騷”操作，當然還有，但大多都過於基礎，大家都知道，就不總結了。

C# 雖然目前不是最受歡迎的語言，但確實是一門優美的語言，其中少不了這些操作符語法糖帶來的功勞。

參考：https://bit.ly/3h5yKNr

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