Арифметические операторы (справочник по C#)

Статья
04/08/2023

Следующие операторы выполняют арифметические операции с операндами числовых типов:

унарные — ++ (приращение), -- (уменьшение), + (плюс) и - (минус);
бинарные — * (умножение), / (деление), % (остаток от деления), + (сложение) и - (вычитание).

Эти операторы поддерживаются всеми целочисленными типами и типами с плавающей запятой.

В случае целочисленных типов эти операторы (за исключением операторов ++ и --) определяются для типов int, uint, longи ulong. Если операнды принадлежат к другим целочисленным типам (sbyte, byte, short, ushort или char), их значения преобразуются в тип int, который также является типом результата операции. Если операнды принадлежат к разным целочисленным типам или типам с плавающей запятой, их значения преобразуются в ближайший содержащий тип, если такой тип существует. Дополнительные сведения см. в разделе Числовые повышения уровня в статье Спецификации языка C#. Операторы ++ и -- определяются для всех целочисленных числовых типов и числовых типов с плавающей запятой, а также типа char. Тип результата выражения сложного назначения является типом левого операнда.

Оператор инкремента ++

Оператор инкремента ++ увеличивает операнд на 1. Операндом должна быть переменная, свойство или индексатор.

Оператор инкремента поддерживается в двух формах: постфиксный оператор инкремента (x++) и префиксный оператор инкремента (++x).

Постфиксный оператор приращения

Результатом x++ является значение x перед выполнением операции, как показано в следующем примере:

int i = 3;
Console.WriteLine(i);   // output: 3
Console.WriteLine(i++); // output: 3
Console.WriteLine(i);   // output: 4

Префиксный оператор инкремента

Результатом ++x является значение x после выполнения операции, как показано в следующем примере:

double a = 1.5;
Console.WriteLine(a);   // output: 1.5
Console.WriteLine(++a); // output: 2.5
Console.WriteLine(a);   // output: 2.5

Оператор декремента --

Унарный оператор декремента -- уменьшает операнд на 1. Операндом должна быть переменная, свойство или индексатор.

Оператор декремента поддерживается в двух формах: постфиксный оператор декремента (x--) и префиксный оператор декремента (--x).

Постфиксный оператор уменьшения

Результатом x-- является значение x перед выполнением операции, как показано в следующем примере:

int i = 3;
Console.WriteLine(i);   // output: 3
Console.WriteLine(i--); // output: 3
Console.WriteLine(i);   // output: 2

Префиксный оператор декремента

Результатом --x является значение x после выполнения операции, как показано в следующем примере:

double a = 1.5;
Console.WriteLine(a);   // output: 1.5
Console.WriteLine(--a); // output: 0.5
Console.WriteLine(a);   // output: 0.5

Операторы унарного плюса и минуса

Унарный оператор + возвращает значение полученного операнда. Унарный оператор - изменяет знак операнда на противоположный.

Console.WriteLine(+4);     // output: 4

Console.WriteLine(-4);     // output: -4
Console.WriteLine(-(-4));  // output: 4

uint a = 5;
var b = -a;
Console.WriteLine(b);            // output: -5
Console.WriteLine(b.GetType());  // output: System.Int64

Console.WriteLine(-double.NaN);  // output: NaN

Тип ulong не поддерживает унарный оператор -.

Оператор умножения *

Оператор умножения * вычисляет произведение операндов:

Console.WriteLine(5 * 2);         // output: 10
Console.WriteLine(0.5 * 2.5);     // output: 1.25
Console.WriteLine(0.1m * 23.4m);  // output: 2.34

Унарный оператор * представляет собой оператор косвенного обращения к указателю.

Оператор деления /

Оператор деления / делит левый операнд на правый.

Деление целых чисел

Для операндов цельночисленных типов результат оператора / является целочисленным типом, который равен частному двух операндов, округленному в сторону нуля:

Console.WriteLine(13 / 5);    // output: 2
Console.WriteLine(-13 / 5);   // output: -2
Console.WriteLine(13 / -5);   // output: -2
Console.WriteLine(-13 / -5);  // output: 2

Чтобы получить частное двух операндов в виде числа с плавающей запятой, используйте тип float, double или decimal:

Console.WriteLine(13 / 5.0);       // output: 2.6

int a = 13;
int b = 5;
Console.WriteLine((double)a / b);  // output: 2.6

Деление чисел с плавающей запятой

Для типов float, double и decimal результатом оператора / является частное двух операндов:

Console.WriteLine(16.8f / 4.1f);   // output: 4.097561
Console.WriteLine(16.8d / 4.1d);   // output: 4.09756097560976
Console.WriteLine(16.8m / 4.1m);   // output: 4.0975609756097560975609756098

Если один из операндов — это decimal, второй операнд не может быть ни float, ни double, так как ни float, ни double не преобразуется неявно в тип decimal. Необходимо явным образом преобразовать операнд float или double в тип decimal. Дополнительные сведения о числовых преобразованиях см. в разделе Встроенные числовые преобразования.

Оператор остатка %

Оператор остатка % вычисляет остаток от деления левого операнда на правый.

Целочисленный остаток

Для целочисленных операндов результатом a % b является значение, произведенное a - (a / b) * b. Знак ненулевого остатка такой же, как и у левого операнда, как показано в следующем примере:

Console.WriteLine(5 % 4);   // output: 1
Console.WriteLine(5 % -4);  // output: 1
Console.WriteLine(-5 % 4);  // output: -1
Console.WriteLine(-5 % -4); // output: -1

Используйте метод Math.DivRem для вычисления результатов как целочисленного деления, так и определения остатка.

Остаток с плавающей запятой

Для операндов типа float и double результатом x % y для конечных x и y будет значение z, так что:

знак z, если отлично от нуля, совпадает со знаком x;
абсолютное значение z является значением, произведенным |x| - n * |y|, где n — это наибольшее возможное целое число, которое меньше или равно |x| / |y|, а |x| и |y| являются абсолютными значениями x и y, соответственно.

Примечание.

Этот метод вычисления остатка аналогичен тому, который использовался для целочисленных операндов, но отличается от спецификации IEEE 754. Если вам нужна операция вычисления остатка, которая соответствует спецификации IEEE 754, используйте метод Math.IEEERemainder.

Сведения о поведение оператора % в случае неконечных операндов см. в разделе Оператор остатка спецификации языка C#.

Для операндов decimal оператор остатка % эквивалентен оператору остатка типа System.Decimal.

В следующем примере показано поведение оператора остатка для операндов с плавающей запятой:

Console.WriteLine(-5.2f % 2.0f); // output: -1.2
Console.WriteLine(5.9 % 3.1);    // output: 2.8
Console.WriteLine(5.9m % 3.1m);  // output: 2.8

Оператор сложения +

Оператор сложения + вычисляет сумму своих операндов:

Console.WriteLine(5 + 4);       // output: 9
Console.WriteLine(5 + 4.3);     // output: 9.3
Console.WriteLine(5.1m + 4.2m); // output: 9.3

Кроме того, оператор + можно использовать для объединения строк и делегатов. Дополнительные сведения см. в статье Операторы + и +=.

Оператор вычитания -

Оператор вычитания - вычитает правый операнд из левого:

Console.WriteLine(47 - 3);      // output: 44
Console.WriteLine(5 - 4.3);     // output: 0.7
Console.WriteLine(7.5m - 2.3m); // output: 5.2

Кроме того, оператор - можно использовать для удаления делегатов. Дополнительные сведения см. в статье Операторы - и -=.

Составное присваивание

Для бинарного оператора op выражение составного присваивания в форме

x op= y

эквивалентно правилу

x = x op y

за исключением того, что x вычисляется только один раз.

Следующий пример иллюстрирует использование составного присваивания с арифметическими операторами:

int a = 5;
a += 9;
Console.WriteLine(a);  // output: 14

a -= 4;
Console.WriteLine(a);  // output: 10

a *= 2;
Console.WriteLine(a);  // output: 20

a /= 4;
Console.WriteLine(a);  // output: 5

a %= 3;
Console.WriteLine(a);  // output: 2

Из-за восходящих приведений результат операции op может быть невозможно неявно преобразовать в тип T из x. В этом случае, если op является предопределенным оператором, и результат операции является явно преобразуемым в тип Tx, выражение составного присваивания формы x op= y эквивалентно x = (T)(x op y), за исключением того, что x вычисляется только один раз. В следующем примере продемонстрировано такое поведение.

byte a = 200;
byte b = 100;

var c = a + b;
Console.WriteLine(c.GetType());  // output: System.Int32
Console.WriteLine(c);  // output: 300

a += b;
Console.WriteLine(a);  // output: 44

В предыдущем примере значение является результатом преобразования значения 44 300 в byte тип.

Примечание.

В контексте проверки переполнения предыдущий пример вызывает исключение OverflowException. Дополнительные сведения см. в разделе арифметического переполнения целочисленного числа.

Вы также можете использовать операторы += и -= для подписки и отмены подписки на события соответственно. Дополнительные сведения см. в разделе Практическое руководство. Подписка и отмена подписки на события.

Очередность и ассоциативность операторов

В следующем списке перечислены арифметические операторы в порядке убывания приоритета:

Постфиксный инкремент x++ и декремент x--
Префиксный инкремент ++x и декремент --x, унарные операторы + и -
Мультипликативные операторы *, /, и %
Аддитивные операторы + и -

Бинарные арифметические операторы имеют левую ассоциативность. То есть операторы с одинаковым приоритетом вычисляются в направлении слева направо.

Порядок вычисления, определяемый приоритетом и ассоциативностью операторов, можно изменить с помощью скобок (()).

Console.WriteLine(2 + 2 * 2);   // output: 6
Console.WriteLine((2 + 2) * 2); // output: 8

Console.WriteLine(9 / 5 / 2);   // output: 0
Console.WriteLine(9 / (5 / 2)); // output: 4

Полный список операторов C#, упорядоченный по уровню приоритета, можно найти в разделе Приоритет операторов статьи Операторы C#.

Арифметическое переполнение и деление на нуль

Если результат арифметической операции выходит за пределы диапазона возможных конечных значений соответствующего числового типа, поведение арифметического оператора зависит от типа его операндов.

Целочисленное арифметическое переполнение

Деление целого числа на ноль всегда вызывает исключение DivideByZeroException.

В случае целочисленного арифметического переполнения итоговое поведение определяется проверяемым или непроверяемым контекстом проверки переполнения:

Если в проверяемом контексте переполнение возникает в константном выражении, происходит ошибка времени компиляции. В противном случае, если операция производится во время выполнения, возникает исключение OverflowException.
В непроверяемом контексте результат усекается путем удаления старших разрядов, которые не помещаются в целевой тип данных.

Вместе с проверяемыми и непроверяемыми операторами можно использовать операторы checked и unchecked, чтобы управлять контекстом проверки переполнения, в котором вычисляется выражение:

int a = int.MaxValue;
int b = 3;

Console.WriteLine(unchecked(a + b));  // output: -2147483646
try
{
    int d = checked(a + b);
}
catch(OverflowException)
{
    Console.WriteLine($"Overflow occurred when adding {a} to {b}.");
}

По умолчанию арифметические операции выполняются в непроверяемом контексте.

Арифметическое переполнение с плавающей запятой

Арифметические операции с типами float и double никогда не вызывают исключение. Результатом арифметических операций с этими типами может быть одно из специальных значений, представляющих бесконечность и объект, не являющийся числовым:

double a = 1.0 / 0.0;
Console.WriteLine(a);                    // output: Infinity
Console.WriteLine(double.IsInfinity(a)); // output: True

Console.WriteLine(double.MaxValue + double.MaxValue); // output: Infinity

double b = 0.0 / 0.0;
Console.WriteLine(b);                // output: NaN
Console.WriteLine(double.IsNaN(b));  // output: True

Для операндов типа decimal арифметическое переполнение всегда выдает исключение OverflowException, а деление на нуль — DivideByZeroException.

Ошибки округления

Из-за общих ограничений, касающихся представления вещественных чисел в форме с плавающей запятой и арифметических операций с плавающей запятой, при вычислениях с использованием типов с плавающей запятой могут возникать ошибки округления. То есть полученный результат выражения может отличаться от ожидаемого математического результата. В следующем примере показано несколько таких случаев:

Console.WriteLine(.41f % .2f); // output: 0.00999999

double a = 0.1;
double b = 3 * a;
Console.WriteLine(b == 0.3);   // output: False
Console.WriteLine(b - 0.3);    // output: 5.55111512312578E-17

decimal c = 1 / 3.0m;
decimal d = 3 * c;
Console.WriteLine(d == 1.0m);  // output: False
Console.WriteLine(d);          // output: 0.9999999999999999999999999999

См. заметки в справочной документации по System.Double, System.Single и System.Decimal.

Возможность перегрузки оператора

Определяемый пользователем тип может перегружать унарные (++, --, + и -) и бинарные (*, /, %, + и -) арифметические операторы. При перегрузке бинарного оператора соответствующий оператор составного присваивания также неявно перегружается. Явная перегрузка составного оператора присваивания для пользовательского типа невозможна.

Проверенные операторы, определяемые пользователем

Начиная с C# 11 при перегрузке арифметического оператора можно использовать ключевое слово checked, чтобы определить проверенную версию этого оператора. Следующий пример показывает, как это сделать:

public record struct Point(int X, int Y)
{
    public static Point operator checked +(Point left, Point right)
    {
        checked
        {
            return new Point(left.X + right.X, left.Y + right.Y);
        }
    }
    
    public static Point operator +(Point left, Point right)
    {
        return new Point(left.X + right.X, left.Y + right.Y);
    }
}

При определении проверенного оператора следует также определить соответствующий оператор без модификатора checked. Проверенный оператор вызывается в проверенном контексте. Оператор без модификатора checked вызывается в непроверенном контексте. Если указать только оператора без модификатора checked, он будет вызываться как в контексте checked, так и в unchecked.

При определении обеих версий оператора их поведение будет различаться только в том случае, если результат операции слишком велик, чтобы представить его тип следующим образом:

Проверенный оператор вызывает OverflowException.
Оператор без модификатора checked возвращает экземпляр, который представляет усеченный результат.

Сведения о разнице в поведении встроенных арифметических операторов см. в разделе Арифметическое переполнение и деление на ноль.

Модификатор checked можно использовать только при перегрузке следующих операторов:

Унарные операторы ++, -- и -
Бинарные операторы *, /, + и -
Операторы явного преобразования

Примечание.

Контекст проверки переполнения в теле проверенного оператора не изменяется при наличии модификатора checked. Контекст по умолчанию определяется значением параметра компилятора CheckForOverflowUnderflow. С помощью операторов checked и unchecked можно явно указать контекст проверки переполнения, как показано в примере в начале этого раздела.

Спецификация языка C#

Дополнительные сведения см. в следующих разделах статьи Спецификация языка C#:

Поделиться через

Арифметические операторы (справочник по C#)

Оператор инкремента ++

Постфиксный оператор приращения

Префиксный оператор инкремента

Оператор декремента --

Постфиксный оператор уменьшения

Префиксный оператор декремента

Операторы унарного плюса и минуса

Оператор умножения *

Оператор деления /

Деление целых чисел

Деление чисел с плавающей запятой

Оператор остатка %

Целочисленный остаток

Остаток с плавающей запятой

Оператор сложения +

Оператор вычитания -

Составное присваивание

Очередность и ассоциативность операторов

Арифметическое переполнение и деление на нуль

Целочисленное арифметическое переполнение

Арифметическое переполнение с плавающей запятой

Ошибки округления

Возможность перегрузки оператора

Проверенные операторы, определяемые пользователем

Спецификация языка C#

См. также

Дополнительные ресурсы