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
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
对于计算机，加减乘数已经是最基础的运算，要设计的尽量简单。计算机辨别“符号位”显然会让计算机的基础电路设计变得十分复杂！于是人们想出了将符号位也参与运算的方法。
计算十进制的表达式：1-1=0
为了解决原码做减法的问题，出现了反码：
1 - 1 = 1 + (-1) = [0000 0001]原 + [1000 0001]原= [0000 0001]反 + [1111 1110]反 = [1111 1111]反 = [1000 0000]原 = -0
发现用反码计算减法，结果的真值部分是正确的。而唯一的问题其实就出现在“0”这个特殊的数值上，虽然人们理解上+0和-0是一样的，但是0带符号是没有任何意义的，而且会有[0000 0000]原和[1000 0000]原两个编码表示0。
于是补码的出现，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2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：
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：
从 C# 7.3 开始：
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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