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

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所属分类：.NET技术
摘要

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 。
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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

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]补 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]补算出来的原码是[0000 0000]原，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 至 3.4 × 1038，7 位精度 float val = 1.23F;
double System.Double 8 5.0 × 10−324 至 1.7 × 10308，15 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 至 7.9 × 1028，28 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：

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

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：

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

从 C# 7.3 开始：

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

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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