C# 8.0和.NET Core 3.0高级编程分享笔记三：控制流程和转换类型

控制流程和转换类型

本章的内容主要包括编写代码、对变量执行简单的操作、做出决策、重复执行语句块、将变量或表达式值从一种类型转换为另一种类型、处理异常以及在数值变量中检查溢出。

本章涵盖以下主题：

操作变量
理解选择语句
理解迭代语句
类型转换
处理异常
检查溢出

3.1操作变量

运算符可将简单的操作（如加法和乘法）应用于操作数（如变量和字面值）。它们通常返回一个新值，作为分配给变量的操作的结果。

大多数运算符是二元的，这意味着它们可以处理两个操作数，如下所示：

var resultOfOperation= onlyOperand operator;

var resultOfOperation2=operator onlyOperand;

一元运算符可用于递增操作以及检索类型或大小（以字节为单位）。如下所示：

int x=5;

int incrementedByOne=x++;

int incrementedByOneAgain=++x;

Type theTypeOfAnInteger=typeof(int);

int howManyBytesInAnInteger=sizeof(int);

三元运算符则作用于三个操作数，如下所示：

var resultOfOperation=firstOperand firstOperator

secondOperand secondOperator=thirdOperand;

3.1.1一元运算符

有两个常用的一元运算符，它们可用于递增（++）或递减（--）数字。

（1）如果完成了前面的章节，那么user文件夹中应该已经由了Code文件夹。如果没有，就创建Code文件夹。

（2）在Code文件夹中创建一个名为Chapter03的文件夹。

（3）启动Visual Studio Code，关闭任何打开的工作区或文件夹。

（4）将当前工作区保存在Chapter03文件夹中，名为Chapter03.code-workspace。

（5）创建一个Operators的新文件夹，并添加到Chapter03工作区。

（6）导航到Terminal|NEW Terminal。

（7）在终端窗口中输入命令，从而在Operators文件夹中创建新的控制台应用程序。

（8）打开Program.cs

（9）静态导入System.Console名称空间。

（10）在Main方法中，声明两个名为a和b的整型变量，将a设置为3，在将结果赋值给b的同时增加a，然后输出它们的值，如下所示：

int a=3;
int b=a++;
Console.WriteLine($"a is {a},b is {b}");

(11)在运行控制台程序应用程序之前，问自己一个问题：当输出时，b的值是多少？考虑到这一点后，运行控制台应用程序，并将预测结果与实际结果进行比较，如下所示：

a is 4, b is 3

变量b的值为3，因为++运算符在赋值之后执行；这称为后缀运算符。如果需要在赋值之前递增，那么可以使用前缀运算符。

（12）复制并粘贴语句，然后修改它们以重命名变量，并使用前缀运算符，如下所示：

 int c=3;
 int d=++c;
 Console.WriteLine($"c is {c}, d is {d}");

(13)重新运行控制台应用程序并观察结果，输出如下所示：

a is 4,b is 3

c is 4, d is 4

由于递增、递减运算符与赋值运算符在前缀和后缀方面容易让人混淆。Swift编程语言的设计者决定在Swift3 中取消对递增、递减运算符的支持。建议在C#中不要将++和--运算符与赋值运算符=结合使用。可将操作作为单独的部件执行。

3.1.2 二元算术运算符

递增和递减运算符都是一元算术运算符。其他算术运算符通常是二元的，允许对两个数字执行算术运算。

（1）将如下语句添加到Main方法的底部，对两个著型变量e和f进行声明并赋值，然后对这两个变量执行5种常见的二元算术运算：

int e=11;
int f=3;
Console.WriteLine($"e is {e}, f is {f}");
Console.WriteLine($"e+f={e+f}");
Console.WriteLine($"e-f={e-f}");
Console.WriteLine($"e*f={e*f}");
Console.WriteLine($"e/f={e/f}");
Console.WriteLine($"e%f={e%f}");

（2）重新运行控制台应用程序并观察结果，输出如下所示：

e is 11, f is 3
e+f=14
e-f=8
e*f=33
e/f=3
e%f=2

为了理解将除法/和取模%运算符应用到整数时的i情况，需要回想一下小学课程。假设有11颗糖果和3名小朋友。怎么把这些糖果分给这些小朋友呢？可以给每个小朋友分3颗糖果，还剩下两颗。剩下的这两颗糖果是模数，也称为余数。如果有12颗糖果，那么每个向朋友正好可以分得4颗。所以余数是0。

（3）添加如下语句，声明名为g的double变量并赋值，以显示整数和实数之差：

double g=11.0;
Console.WriteLine($"g is {g:N1}, f is {f}");
Console.WriteLine($"g/f={g/f}");

（4）运行控制台程序并观察结果，输出如下所示：

g is 11.0, f is 3
g/f=3.6666666666666665

如果第一个操作是浮点数，比如变量g，值为11.0，那么除法运算符也将返回一个浮点数（比如3.6666666666666665）而不是整数。

3.1.3赋值运算符

前面使用了最常用的赋值运算符=。

为了使代码更加简洁，可以把赋值运算符和算术运算符等其他运算符结合起来，如下所示：

int p=6;
Console.WriteLine(p+=3); //equivalent to p=p+3;
Console.WriteLine(p-=3); //equivalent to p=p-3;
Console.WriteLine(p*=3); //equivalent to p=p*3;
Console.WriteLine(p/=3); //equivalent to p=p/3;

3.1.4 逻辑运算符

逻辑运算符对布尔值进行操作，因此它们返回true或false。下面研究一下用于操作两个布尔值的二元逻辑操作符。

（1）创建一个新的文件夹名为BooleanOperators的控制台应用程序，并将它们添加到Chapter03工作区。记得使用Command Palette选择BooleanOperators作为当前项目。

（2）在Program.cs的Main方法中添加语句以声明两个布尔变量，它们的值分别为true和false,然后输出真值表，显示应用AND、OR和XOR（exclusive OR）逻辑运算符之后的结果，如下所示：

  			bool a=true;
            bool b=false;
            Console.WriteLine($"AND |  a  |  b  ");
            Console.WriteLine($"a   |{a&a,-5}|{a&b,-5}");
            Console.WriteLine($"b   |{b&a,-5}|{b&b,-5}");
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine($"OR  |  a  |  b ");
            Console.WriteLine($"a   |{a|a,-5}|{a|b,-5}");
            Console.WriteLine($"b   |{b|a,-5}|{b|b,-5}");
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine($"XOR |  a  |  b ");
            Console.WriteLine($"a   |{a^a,-5}|{a^b,-5}");
            Console.WriteLine($"b   |{b^a,-5}|{b^b,-5}");

对于AND逻辑运算符&，如果结果为true，那么两个操作数都必须为true。对于OR逻辑运算符|，如果结果为true，那么操作数可以为true。对于XOR逻辑运算符^，如果结果为true，那么任何一个操作数都可以为true(但不能2个都是true)。

3.1.5条件逻辑运算符

条件逻辑运算符类似于逻辑运算符，但需要使用两个符号而不是一个符号。例如，需要使用&&而不是&，以及使用||而不是|。

第四章详细介绍函数，但是现在需要简单介绍一下函数以解释条件逻辑运算符（也称为短路布尔运算符）。

函数执行语句，然后返回一个值。这个值可以是布尔值，如true，从而在布尔操作中使用。

（1）在Main方法之后声明一个函数，用于向控制台写入消息并返回true，如下所示：

 private static bool DoStuff()
        {
            Console.WriteLine("I am doing some stuff.");
            return true;
        }

（2）在Main方法的底部，对变量a和变量b以及函数的调用结果执行AND操作，如下所示：

Console.WriteLine($"a & DoStuff()={a&DoStuff()}");
Console.WriteLine($"b & DoStuff()={b&DoStuff()}");

（3）运行控制台应用程序，查看结果，注意函数被调用了两次，一次是为变量a，一次是为变量b，输出如下所示：

I am doing some stuff.
a & DoStuff()=True
I am doing some stuff.
b & DoStuff()=False

（4）将代码中的&运算符修改为&&运算符，如下所示。

Console.WriteLine($"a && DoStuff()={a&&DoStuff()}");
Console.WriteLine($"b && DoStuff()={b&&DoStuff()}");

（5）运行控制台应用程序，查看结果，注意函数在与变量a合并时会运算，但函数在与变量b合并时不会运行。因为变量b为false，结果为false，所以不需要执行函数。输出如下：

I am doing some stuff.
a && DoStuff()=True
b && DoStuff()=False。

3.1.6 按位和二元移位运算符

按位运算符影响的是数字中的位。二元移位运算符相比传统运算符能够更快地执行一些常见的算术运算。

下面研究按位和二元移位运算符。

（1）创建一个名为BitwiseAndShiftOperators的新文件夹和一个控制台应用程序项目，并将这个项目添加到工作区。

（2）想Main方法添加如下语句，声明两个整型变量，值分别为10和6，然后输出应用AND、OR和XOR（exclusive OR）按位运算符后的结果：

		  int a=10;//0000 1010
          int b=6;//0000 0110
          Console.WriteLine($"a ={a}");
          Console.WriteLine($"b ={b}");
          Console.WriteLine($"a &b={a&b}");
          Console.WriteLine($"a |b={a|b}");
          Console.WriteLine($"a &b={a^b}");

（3）运行结果如下：

a =10
b =6
a &b=2
a |b=14
a &b=12
&按位运算，如果2个数的同一位都为1，则为1，否则为0.
|按位运算，如果2个数的同一位有一个满足为1，就为1。否则为0.
（4）向Main方法添加如下语句，应用左移运算符并输出结果：

		  //0101 0000 left-shift a by three bit columns
          Console.WriteLine($"a<<3={a<<3}");
          //multiply a by 8
          Console.WriteLine($"a *8={a*8}");
          //0000 0011 right-shift b by one bit column
          Console.WriteLine($"b>>1={b>>1}");

（5）运行并观察结果如下：

a<<3=80
a *8=80
b>>1=3

将变量a左移3位相当于乘以8，变量右移一位相当于除以2。

3.1.7 其他运算符

处理类型时，nameof和sizeof是十分常用的运算符。nameof运算符以字符串值的形式返回变量、类型或成员的短名称（没有名称空间），这在输出异常消息时非常有用。sizeof运算符返回简单类型的字节大小，这对于确定数据存储的效率很有用。

还有很多其他运算符，例如，变量与其成员之间的点称为成员访问运算符，函数或方法名末尾的圆括号称为调用运算符。

3.2理解选择语句

每个应用程序都需要能够从选项中进行选择，并沿着不同的代码路径进行分支。C#中的两个选择语句是if和switch。可以对所有代码使用if语句，但是switch语句可以在一些常见的场景中简化代码。例如当一个变量有多个值，而每个值都需要进行不同的处理时。

3.2.1使用if语句进行分支

if语句通过计算布尔表达式来确定要执行哪个分支。如果布尔表达式为true，就执行if语句块否则执行else语句块。if语句可以嵌套。

if语句也可以与其他if语句以及else if分支结合使用。

每个if语句的布尔表达式都独立于其他语句，而不像switch语句那样需要引用单个值。

下面创建一个控制台应用程序来研究if语句。

（1）创建一个文件夹和一个名为SelectionStatements的控制台应用程序项目，并将这个项目添加到工作区。

（2）在Main方法中添加如下语句，检查是否有参数传递给这个控制台应用程序。

  		if(args.Length==0)
         {
            WriteLine("There are no arguments");
         }
         else
         {
             WriteLine("There is at least one argument.")
         }

3.2.2 if语句为什么应总是使用花括号

由于每个语句块中只有一条语句，因为前面的代码可以不使用花括号来编译，但是要避免使用这种不带花括号的if语句，因为可能引入严重的缺陷。例如，苹果的IOS操作系统中就存在臭名昭著的￥gotofail缺陷。IOS6的安全套接字层（SSL）加密代码存在缺陷，这意味着任何用户在运行IOS6设备上的网络浏览器Safari时，如果试图连接到安全的网站，比如银行，将得不到适当的安全保护，因为不小心跳过了一项重要检查。

你可以通过以下链接进一步了解这个臭名昭著的缺陷https://gotofail.com/

你不能仅仅因为可以省去花括号就真的这样做。没有了它们，代码不会“更有效率”；相反，代码的可维护性会更差，而且可能更危险。

3.2.3模式匹配与if语句

模式匹配是C#7.0及后续版本引入的一个特性。if语句可以将is关键字与局部变量声明结合起来使用，从而使代码更加安全。

（1）将如下语句添加到Main方法的末尾。这样，如果存储在变量o中的值是int类型，就将值分配给局部变量i，然后可以在if语句中使用局部变量i。这比使用变量o安全，因为可以确定i是int变量。

object o="3";
         int j=4;
         if(o is int i)
         {
            WriteLine($"{i} x {j}={i*j}");  
         }
         else
         { 
             WriteLine("o is not an int so it cannot multiply!");
         }

（2）运行控制台应用程序并查看结果，输出如下所示：

o is not an int so it cannot multiply!

（3）删除3两边的双引号，从而使变量o中存储的值改变为int类型。

（4）重新运行控制台应用程序并查看结果，输出如下：

3 x 4=12

3.2.4使用switch语句进行分支

switch语句与if语句不同，因为前者会将单个表达式与多个可能的case语句进行比较。每个case语句都与单个表达式相关。每个case部分必须以如下内容结尾：

break关键字（比如下面代码中的case 1）.
或者goto case 关键字，（比如下面代码中的case 2）.
或者没有语句(比如下面代码中的case 3).

下面编写一些代码来研究switch语句。

（1）在前面编写的if语句之后，为switch语句输入一些代码。注意，第一行是一个可以跳转到的标签，第二行将生产一个随机数。switch语句将根据这个随机数的值进行分支，如下所示：

A_label:
         var number=(new Random()).Next(1,7);
         WriteLine($"My random number is {number}");
         switch(number)
         {
             case 1:
             WriteLine("One");
             break;
             case 2:
             WriteLine("Two");
             break;
             case 3:
             case 4:
             WriteLine("Three or four");
             goto case 1;
             case 5:
             System.Threading.Thread.Sleep(500);
             goto A_label;
             default:
             WriteLine("Default");
             break; 
         }

（2）多次运行控制台应用程序，以查看对于不同的随机数会发生什么，输出如下：