Genel matematik

.NET 7, temel sınıf kitaplığına matematikle ilgili yeni genel arabirimler sunar. Bu arabirimlerin kullanılabilirliği, genel bir tür veya yöntemin tür parametresini "sayı benzeri" olacak şekilde kısıtlayabileceğiniz anlamına gelir. Ayrıca, C# 11 ve üzeri arabirim üyeleri tanımlamanızı static virtual sağlar. İşleçlerin olarak staticbildirilmesi gerektiğinden, bu yeni C# özelliği işleçlerin sayı benzeri türler için yeni arabirimlerde bildirilmesine olanak tanır.

Bu yenilikler birlikte, üzerinde çalıştığınız türü tam olarak bilmenize gerek kalmadan matematiksel işlemleri genel olarak gerçekleştirmenizi sağlar. Örneğin, iki sayı ekleyen bir yöntem yazmak istiyorsanız, daha önce her tür için yöntemin aşırı yüklemesini eklemeniz gerekiyordu (örneğin, static int Add(int first, int second) ve static float Add(float first, float second)). Artık tür parametresinin sayı benzeri bir tür olarak kısıtlandığı tek bir genel yöntem yazabilirsiniz. Örneğin:

static T Add<T>(T left, T right)
    where T : INumber<T>
{
    return left + right;
}

Bu yöntemde tür parametresi T , yeni INumber<TSelf> arabirimi uygulayan bir tür olacak şekilde kısıtlanır. INumber<TSelf>, + işlecini IAdditionOperators<TSelf,TOther,TResult>içeren arabirimini uygular. Bu, yöntemin iki sayıyı genel olarak eklemesine olanak tanır. yöntemi herhangi bir ile kullanılabilir. NET'in yerleşik sayısal türleridir çünkü bunların tümü .NET 7'de uygulanacak INumber<TSelf> şekilde güncelleştirilmiştir.

Kitaplık yazarları, "yedekli" aşırı yüklemeleri kaldırarak kod tabanını basitleştirebildiğinden, genel matematik arabirimlerinden en çok yararlanırlar. Kullandıkları API'ler daha fazla türü desteklemeye başlayabileceği için diğer geliştiriciler dolaylı olarak avantajlı olacaktır.

Arabirimler

Arabirimler, hem kullanıcıların kendi arabirimlerini en üstte tanımlayabilecek kadar ayrıntılı olacak şekilde tasarlanmıştır, hem de kullanımı kolay olacak kadar ayrıntılıdır. Bu ölçüde, ve gibi INumber<TSelf>IBinaryInteger<TSelf>kullanıcıların çoğuyla etkileşim kuracağı birkaç temel sayısal arabirim vardır. ve ITrigonometricFunctions<TSelf>gibi IAdditionOperators<TSelf,TOther,TResult> daha ayrıntılı arabirimler bu türleri destekler ve kendi etki alanına özgü sayısal arabirimlerini tanımlayan geliştiriciler tarafından kullanılabilir.

• Sayısal arabirimler
• İşleç arabirimleri
• İşlev arabirimleri
• Arabirimleri ayrıştırma ve biçimlendirme

Sayısal arabirimler

Bu bölümde, içindeki sayı benzeri türleri ve bunlara sağlanan işlevleri açıklayan arabirimler System.Numerics açıklanmaktadır.

¹İkili kayan nokta türleri şunlardır Double : (double), Halfve Single (float).

²İkili tamsayı türleri şunlardır Byte : (byte), Int16 (short), Int32 (int), Int64 (long), Int128, IntPtr (nint), SByte (sbyte), UInt16 (ushort), UInt32UInt64 (uintulong), UInt128ve UIntPtr (nuint).

Doğrudan kullanma olasılığınız en yüksek olan arabirim, kabaca gerçek bir sayıya karşılık gelen arabirimidirINumber<TSelf>. Bir tür bu arabirimi uygularsa, bir değerin işareti (pozitif olarak kabul edilen türleri içerir unsigned ) ve aynı türdeki diğer değerlerle karşılaştırılabilir. INumberBase<TSelf>karmaşık ve sanal sayılar gibi daha gelişmiş kavramları( örneğin, negatif bir sayının karekökünü) ifade ediyor. Gibi IFloatingPointIeee754<TSelf>diğer arabirimler oluşturuldu çünkü tüm sayı türleri için tüm işlemler anlamlı değildir; örneğin, bir sayının tabanının hesaplanması yalnızca kayan nokta türleri için anlamlıdır. .NET temel sınıf kitaplığında kayan nokta türü Double uygular IFloatingPointIeee754<TSelf> ancak Int32 uygulamaz.

Arabirimlerin birkaçı, , , DateOnly, DecimalDateTimeGuidDateTimeOffset, TimeOnlyve TimeSpangibi Chardiğer çeşitli türler tarafından da uygulanır.

Aşağıdaki tabloda, her arabirim tarafından kullanıma sunulan bazı temel API'ler gösterilmektedir.

¹Üç Create* yöntemin davranışını anlamanıza yardımcı olmak için aşağıdaki örnekleri göz önünde bulundurun.

Çok büyük bir değer verildiğinde örnek:

• byte.CreateChecked(384) bir OverflowExceptionatar.
• byte.CreateSaturating(384) 384 değerinden büyük Byte.MaxValue olduğundan (255 olan) 255 döndürür.
• byte.CreateTruncating(384) en düşük 8 biti aldığından 128 döndürür (384'ün onaltılık 0x0180gösterimi vardır ve en düşük 8 bit 0x80128'dir).

Çok küçük bir değer verildiğinde örnek:

• byte.CreateChecked(-384) bir OverflowExceptionatar.
• byte.CreateSaturating(-384) - 384 küçük olduğundan Byte.MinValue (0 olan) 0 döndürür.
• byte.CreateTruncating(-384) en düşük 8 biti aldığından 128 döndürür (384'ün onaltılık 0xFE80gösterimi vardır ve en düşük 8 bit 0x80128'dir).

Yöntemlerin Create* ayrıca ve gibi doublefloat IEEE 754 kayan nokta türleri için dikkat edilmesi gereken bazı özel noktalar vardır. Bunun için özel değerler , NegativeInfinityve NaNvardırPositiveInfinity. Üç Create* API de olarak CreateSaturatingdavranır. Ayrıca, ve MaxValue en büyük negatif/pozitif "normal" sayıyı temsil ederkenMinValue, gerçek minimum ve maksimum değerler ve PositiveInfinityşeklindedirNegativeInfinity, bu nedenle bunun yerine bu değerlere kelepçelenirler.

İşleç arabirimleri

İşleç arabirimleri, C# dili için kullanılabilen çeşitli işleçlere karşılık gelir.

• Bu, tüm türler için doğru olmadığından çarpma ve bölme gibi işlemleri açıkça eşleştirmez. Örneğin, Matrix4x4 * Matrix4x4 geçerli, ancak Matrix4x4 / Matrix4x4 geçerli değil.
• Genellikle giriş ve sonuç türlerinin, örneğin 3 / 2 = 1.5bir tamsayı elde etmek için iki tamsayıyı bölme veya bir doubletamsayı kümesinin ortalamasını hesaplama gibi senaryoları destekleyecek şekilde farklılık göstermesini sağlar.

İşlev arabirimleri

İşlev arabirimleri, belirli bir sayısal arabirime göre daha geniş kapsamlı olarak uygulanan yaygın matematik API'lerini tanımlar. Bu arabirimlerin tümü tarafından IFloatingPointIeee754<TSelf>uygulanır ve gelecekte diğer ilgili türler tarafından uygulanabilir.

Arabirimleri ayrıştırma ve biçimlendirme

Ayrıştırma ve biçimlendirme, programlamadaki temel kavramlardır. Bunlar genellikle kullanıcı girişini belirli bir türe dönüştürürken veya kullanıcıya bir tür görüntülerken kullanılır. Bu arabirimler ad alanındadır System .

¹Bu arabirim yeni değildir ve genel değildir. Ancak, tüm sayı türleri tarafından uygulanır ve ters işlemini IParsabletemsil eder.

Örneğin, aşağıdaki program giriş olarak iki sayı alır ve tür parametresinin kısıtlandığı IParsable<TSelf>genel bir yöntem kullanarak bunları konsoldan okur. Giriş ve sonuç değerlerinin tür parametrelerinin olarak kısıtlandığı INumber<TSelf>genel bir yöntem kullanarak ortalamayı hesaplar ve ardından sonucu konsolda görüntüler.

using System.Globalization;
using System.Numerics;

static TResult Average<T, TResult>(T first, T second)
    where T : INumber<T>
    where TResult : INumber<TResult>
{
    return TResult.CreateChecked( (first + second) / T.CreateChecked(2) );
}

static T ParseInvariant<T>(string s)
    where T : IParsable<T>
{
    return T.Parse(s, CultureInfo.InvariantCulture);
}

Console.Write("First number: ");
var left = ParseInvariant<float>(Console.ReadLine());

Console.Write("Second number: ");
var right = ParseInvariant<float>(Console.ReadLine());

Console.WriteLine($"Result: {Average<float, float>(left, right)}");

/* This code displays output similar to:

First number: 5.0
Second number: 6
Result: 5.5
*/

Ayrıca bkz.

• .NET 7'de genel matematik (blog gönderisi)