C＃：將負整數強制轉換為字節的結果

Question

我是在查看項目的源代碼，我注意到以下語句 （keyByte和codedByte都是byte類型）：

return (byte)(keyByte - codedByte);

我現在正在嘗試理解在keyByte小於codedByte的情況下結果會是什么，這會導致負整數。

經過一些實驗來了解投射負整數的結果，其值在[-255：-1]范圍內，我得到以下結果：

byte result = (byte) (-6);  // result = 250
byte result = (byte) (-50); // result = 206
byte result = (byte) (-17); // result = 239
byte result = (byte) (-20); // result = 236

所以，假設-256 < a < 0 ，我能夠通過以下方式確定結果：

result = 256 + a;

我的問題是：我是否應該始終期待這種情況？

Answer 1

是。 請記住，在.Net“字節”的域中沒有“ - ”這樣的東西：

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/e2ayt412.aspx

因為字節是無符號類型，所以它不能表示負數。 如果對計算結果為Byte的表達式使用一元減號（ - ）運算符，則Visual Basic會首先將表達式轉換為Short。 （注意：用“Visual Basic”替換任何CLR / .Net語言）

ADDENDUM：這是一個示例應用程序：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace TestByte
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = -255; i < 256; i++)
            {
                byte b = (byte)i;
                System.Console.WriteLine("i={0}, b={1}", i, b);
            }
        }
    }
}

這是結果輸出：

testbyte|more
i=-255, b=1
i=-254, b=2
i=-253, b=3
i=-252, b=4
i=-251, b=5
...
i=-2, b=254
i=-1, b=255
i=0, b=0
i=1, b=1
...
i=254, b=254
i=255, b=255

Answer 2

是的，情況總是如此（即它不僅僅依賴於您的環境或編譯器，而是被定義為C＃語言規范的一部分）。 請參閱http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa691349(v=vs.71).aspx ：

在unchecked上下文中，通過丟棄不適合目標類型的任何高位來截斷結果。

接下來的問題是，如果你在-256和-1之間取消負int的高位，並將其作為一個字節讀取，你會得到什么？ 這是你通過實驗已經發現的：它是256 + x。

請注意，字節序無關緊要，因為我們丟棄了高階（或最高有效）位，而不是“第一”24位。 因此無論我們從哪個端點取出它，我們都留下了構成該int的最低有效字節。

Answer 3

這是一個算法，它執行與轉換為byte相同的邏輯，以幫助您理解它：

積極的：

byte bNum = iNum % 256;

對於否定：

byte bNum = 256 + (iNum % 256);

這就像搜索任何導致x + 255k在0 ... 255范圍內的k 。 只有一個k可以產生具有該范圍的結果，結果將是轉換為字節的結果。

另一種看待它的方式就好像它“在字節值范圍內循環”：

讓我們再次使用iNum = -712 ，並定義一個bNum = 0 。

我們將做iNum++; bNum--; iNum++; bNum--; 直到iNum == 0 ：

iNum = -712;
bNum = 0;

iNum++; // -711
bNum--; // 255 (cycles to the maximum value)

iNum++; // -710
bNum--; // 254

... // And so on, as if the iNum value is being *consumed* within the byte value range cycle.

當然，這只是一個例子，可以看出它的邏輯運作方式。

Answer 4

這是unchecked上下文中發生的情況。 您可以說運行時（或編譯器，如果您在轉換時已知轉換為Byte的Int32 ）在需要多次時添加或減去256，直到找到可表示的值。

在已checked上下文中，會產生異常（或編譯時錯誤）。 請參閱http://msdn.microsoft.com/en-us/library/khy08726.aspx

Answer 5

是的 - 除非你得到例外。

.NET僅對4字節和更大的數據類型定義所有算術運算。 因此，唯一不明顯的一點是如何將int轉換為byte 。

對於從整數類型到另一個整數類型的轉換，轉換結果取決於溢出檢查上下文（ECMA 334標准，第13.2.1節）。

所以，在以下背景下

checked
{
    return (byte)(keyByte - codedByte);
}

您將看到System.OverflowException 。 而在以下背景下：

unchecked
{
    return (byte)(keyByte - codedByte);
}

無論您是否添加256的倍數，您都可以保證始終看到您期望的結果; 例如，2 - 255 = 3。

無論硬件如何表示有符號值，都是如此。 CLR標准（ECMA 335）在12.1節中規定Int32類型是“32位二進制補碼有符號值”。 （嗯，這也匹配目前可用的.NET或單聲道的所有平台，所以人們幾乎可以猜測它無論如何都會起作用，但很高興知道這種做法是由語言標准和便攜式支持的。）

有些團隊不希望明確指定溢出檢查上下文，因為它們的策略是在開發周期的早期檢查溢出，而不是在已發布的代碼中檢查溢出。 在這些情況下，您可以安全地進行字節算術，如下所示

return (byte)((keyByte - codedByte) % 256);