为什么ushort + ushort等于int？

Question

以前我今天尝试添加两个ushorts，我注意到我必须将结果反馈给ushort。我认为它可能会成为一个uint（以防止可能的意外溢出？），但令我惊讶的是它是一个int（System.Int32）。

是否有一些聪明的理由或是因为int被视为'基本'整数类型？

示例：

ushort a = 1;
ushort b = 2;

ushort c = a + b; // <- "Cannot implicitly convert type 'int' to 'ushort'. An explicit conversion exists (are you missing a cast?)"
uint d = a + b; // <- "Cannot implicitly convert type 'int' to 'uint'. An explicit conversion exists (are you missing a cast?)"

int e = a + b; // <- Works!

编辑：就像GregS的回答所说，C＃规范说两个操作数（在本例中为'a'和'b'）应该转换为int。我对为什么这是规范的一部分的根本原因感兴趣：为什么C＃规范不允许直接对ushort值进行操作？

Answer 1

简单而正确的答案是＆＃34;因为C＃语言规范如此说明＆＃34;。

显然，你对这个答案并不满意，并且想知道＆＃34;为什么会这样说＆＃34;。您正在寻找可信和/或官方来源＆＃34;，这将会有点困难。这些设计决定是很久以前做出的，13年是很多狗生活在软件工程中。它们是由旧的计时器和＃34;正如Eric Lippert所说，他们已经转向更大更好的事情，并且不会在这里发布答案以提供官方消息来源。

然而，可以推断，存在仅仅是可信的风险。任何托管编译器（如C＃）都具有为.NET虚拟机生成代码所需的约束。其中的规则在CLI规范中进行了仔细（并且非常可读）的描述。这是Ecma-335规范，您可以免费下载from here。

转到分区III，第3.1和3.2章。他们描述了可用于执行添加的两条IL指令add和add.ovf。单击表2，＆＃34;二进制数字运算＆＃34;的链接，它描述了那些IL指令允许的操作数。请注意，那里列出了几种类型。缺少字节和短字以及所有无符号类型。只允许int，long，IntPtr和浮点（float和double）。如果使用x标记的附加约束，则不能将int添加到long中。这些约束并不完全是人为的，它们基于您可以在可用硬件上合理有效地完成的事情。

任何托管编译器都必须处理此问题才能生成有效的IL。这并不困难，只需将ushort转换为表格中较大的值类型，转换始终有效。 C＃编译器选择int，这是表中出现的下一个更大的类型。或者通常，将任何操作数转换为下一个最大值类型，以便它们具有相同的类型并满足表中的约束。

然而，现在出现了一个新问题，这个问题导致C＃程序员非常疯狂。添加的结果是推广类型。在你的情况下将是int。因此，添加两个ushort值（例如0x9000和0x9000）具有完全有效的int结果：0x12000。问题是：这个值不适合回到ushort。值溢出。但它在IL计算中没有溢出，它只在编译器试图将其塞入ushort时溢出。 0x12000被截断为0x2000。一个令人眼花缭乱的不同价值，只有在用2或16个手指计数时才有意义，而不是10个。

值得注意的是add.ovf指令并不能解决这个问题。它是用于自动生成溢出异常的指令。但事实并非如此，转换后的int的实际计算并没有溢出。

这是真正的设计决策发挥作用的地方。老人显然决定简单地将int结果截断为ushort是一个bug工厂。必然是。他们决定你必须承认你知道添加可以溢出并且如果它发生就可以了。他们把它作为你的问题，主要是因为他们不知道如何制作它们并仍然生成有效的代码。你必须施展。是的，那令人抓狂，我确定你也不想要这个问题。

值得注意的是，VB.NET设计者采用了不同的解决方案。他们实际上已经解决了他们的问题并且没有推卸责任。您可以添加两个UShorts并将其分配给UShort而不进行强制转换。区别在于VB.NET编译器实际生成 extra IL以检查溢出情况。这不是便宜的代码，使每次短暂添加的速度慢约3倍。但其他原因解释了为什么Microsoft维护两种具有非常相似功能的语言。

长话短说：你付出的代价是因为你使用的是一种与现代cpu架构不太匹配的类型。这本身就是使用uint而不是ushort的一个非常好的理由。从ushort中获取牵引力是很困难的，在操作它们的成本之前，你需要很多它们 - 这会节省内存。不仅仅因为有限的CLI规范，x86内核需要额外的cpu周期来加载16位值，因为机器代码中的操作数前缀字节。实际上不确定今天是否仍然如此，当我仍然关注计数周期时，它曾经回来了。一年前的一只狗。

---

请注意，通过让C＃编译器生成与VB.NET编译器生成的代码相同的代码，您可以对这些丑陋和危险的强制转换感觉更好。因此，当演员表明不明智时，你会得到一个OverflowException。使用项目＆gt;属性＆gt;构建标签＆gt;高级按钮＆gt;勾选＆＃34;检查算术溢出/下溢＆＃34;复选框。仅适用于Debug构建。为什么这个复选框没有被项目模板自动打开，这是另一个非常神秘的问题btw，这是一个很久以前做出的决定。

Answer 2

ushort x = 5, y = 12;

以下赋值语句将产生编译错误，因为默认情况下赋值运算符右侧的算术表达式求值为int 。

ushort z = x + y;   // Error: conversion from int to ushort

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/cbf1574z(v=vs.71).aspx

编辑：
在对ushort进行算术运算的情况下，操作数被转换为可以保存所有值的类型。这样可以避免溢出。操作数可以按int，uint，long和ulong的顺序更改。 请参阅C# Language Specification在本文档中，转到4.1.5积分类型（单词文档中的第80页左右）。在这里你会发现：

  

对于二进制+， - ，*，/，％，＆amp;，^，|，==，！=，＆gt;，＆lt;，＆gt; =和＆lt; =   运算符，操作数转换为类型T，其中T是第一个   int，uint，long和ulong 可以完全代表所有可能的   两个操作数的值。然后使用该操作执行操作   类型T的精度，结果的类型是T（或bool为   关系运算符）。一个操作数不允许   使用二元运算符输入long，另一个类型为ulong。

Eric Lipper在question

中表示

  

算术永远不会在C＃中做空。算术可以在   整数，uints，longs和ulongs，但算术从不做空。   短裤提升为int，算术是以ints完成的，因为喜欢   我之前说过，绝大多数算术计算都符合   一个int。绝大多数都不适合做空。简短的算术就是   在针对整数优化的现代硬件上可能更慢，以及   短算术不会占用更少的空间;这将是   在芯片上以整数或多头完成。

Answer 3

来自C＃语言规范：

7.3.6.2二进制数字促销 对于预定义的+， - ，*，/，％，＆amp;，|，^，==，！=，＆gt;，＆lt;，＆gt; =和＆lt; =二元运算符的操作数，会发生二进制数字提升。二进制数字提升隐式地将两个操作数转换为公共类型，在非关系运算符的情况下，它也成为操作的结果类型。二进制数字促销包括按照它们在此处显示的顺序应用以下规则：

·如果任一操作数的类型为十进制，则另一个操作数将转换为十进制类型，或者如果另一个操作数的类型为float或double，则会发生绑定时错误。

·否则，如果任一操作数的类型为double，则另一个操作数将转换为double类型。

·否则，如果任一操作数的类型为float，则另一个操作数将转换为float类型。

·否则，如果任一操作数的类型为ulong，则另一个操作数将转换为ulong类型，如果另一个操作数的类型为sbyte，short，int或long，则会发生绑定时错误。

·否则，如果任一操作数的类型为long，则另一个操作数将转换为long类型。

·否则，如果任一操作数的类型为uint而另一个操作数的类型为sbyte，short或int，则两个操作数都将转换为long类型。

·否则，如果任一操作数的类型为uint，则另一个操作数将转换为uint类型。

·否则，两个操作数都将转换为int。

Answer 4

没有理由这样做。这只是一个效果或应用重载决策的规则，它规定第一个重载的参数是否存在适合参数的隐式转换，将使用该重载。

这在C＃规范第7.3.6节中说明如下：

  

数字提升不是一种独特的机制，而是将重载决策应用于预定义运算符的效果。

继续说明一个例子：

  

作为数字提升的示例，请考虑二元*运算符的预定义实现：

     

int operator *（int x，int y）;

     

uint operator *（uint x，uint y）;

     

长算子*（长x，长y）;

     

ulong operator *（ulong x，ulong y）;

     

float operator *（float x，float y）;

     

double operator *（double x，double y）;

     

decimal operator *（decimal x，decimal y）;

     

当重载决策规则（第7.5.3节）应用于这组运算符时，效果是从操作数类型中选择存在隐式转换的第一个运算符。例如，对于操作b * s，其中b是一个字节而s是short，重载决策选择operator *（int，int）作为最佳运算符。

Answer 5

你的问题实际上有点棘手。这个规范是语言的一部分的原因是......因为他们在创建语言时就做出了这个决定。我知道这听起来像是一个令人失望的答案，但事实就是如此。

---

然而，真正的答案可能涉及1999-2000当天的许多背景决定。我确信制作C＃的团队对所有这些语言细节都有相当强烈的争论。

  

  
• ...
  
• C＃旨在成为一种简单，现代，通用，面向对象的编程语言。
  
• 源代码可移植性非常重要，程序员可移植性也很重要，特别是那些已经熟悉C和C ++的程序员。
  
• 支持国际化非常重要。
  
• ...
  

The quote above is from Wikipedia C#

所有这些设计目标都可能影响了他们的决定。例如，在2000年，大多数系统已经是本机32位，因此他们可能已经决定将变量的数量限制为小于该数量，因为在执行算术运算时它将以32位进行转换。这通常较慢。

那时，你可能会问我;如果对这些类型进行隐式转换，为什么他们还包括它们呢？如上所述，他们的设计目标之一是便携性。

因此，如果您需要围绕旧的C或C ++程序编写C＃包装器，则可能需要这些类型来存储某些值。在这种情况下，这些类型非常方便。

这是Java没有做出的决定。例如，如果你编写一个与C ++程序交互的Java程序，那么你接收到的是ushort值，那么Java只有short（签名），所以你不能轻易地将它们分配给另一个并期望正确的值。

我让你打赌，下一个可以在Java中获得这样的值的可用类型是int（当然是32位）。你刚刚在这里增加了一倍的记忆力。这可能不是什么大问题，而是你必须实例化一个包含10万个元素的数组。

事实上，我们必须记住，这些决定是通过观察过去和未来来做出的，以便顺利地从一个转移到另一个。

但现在我觉得我对最初的问题存在分歧。

---

所以你的问题很好，希望我能为你带来一些答案，即使我知道这可能不是你想听到的。

如果您愿意，您甚至可以阅读有关C＃规范的更多信息，请参阅下面的链接。有一些有趣的文档可能对你有用。

Integral types

The checked and unchecked operators

Implicit Numeric Conversions Table

顺便说一下，我相信你应该奖励habib-osu，因为他通过适当的链接为初始问题提供了一个相当好的答案。 ：）

此致