C# 数据类型：int、double、decimal、char、bool 及其取值范围

C# 是静态类型语言：每个变量、字段和表达式都有一个在编译时就已知的类型。这门语言有一组拥有专属关键字的内置类型（int、double、string 等）。每个关键字都是 System 命名空间中某个类型的别名，所以 int 和 System.Int32 是同一个类型，string 和 System.String 也是同一个类型。

内置类型

不带后缀的整数字面量是 int；如果它大到 int 装不下，就是 uint、long、ulong 中第一个能容纳它的类型。带小数点的字面量是 double。这就是为什么 float f = 2.5; 和 decimal d = 2.5; 无法编译：字面量是 double，而 double 不能隐式转换为 float 或 decimal。加上后缀即可：2.5f、2.5m。

每种数值类型都以常量形式提供了自己的上下限：

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine($"byte:  {byte.MinValue} to {byte.MaxValue}");
        Console.WriteLine($"short: {short.MinValue} to {short.MaxValue}");
        Console.WriteLine($"int:   {int.MinValue} to {int.MaxValue}");
        Console.WriteLine($"long:  {long.MinValue} to {long.MaxValue}");
        Console.WriteLine($"decimal max: {decimal.MaxValue}");
        Console.WriteLine($"double max:  {double.MaxValue:E3}");
        Console.WriteLine($"sizes: int {sizeof(int)}, long {sizeof(long)}, double {sizeof(double)}, char {sizeof(char)}");

        int hex = 0xFF;             // hexadecimal
        int bits = 0b1010_0001;     // binary (C# 7)
        long big = 3_000_000_000;   // digit separators (C# 7)
        Console.WriteLine($"{hex} {bits} {big}");
    }
}

输出：

byte:  0 to 255
short: -32768 to 32767
int:   -2147483648 to 2147483647
long:  -9223372036854775808 to 9223372036854775807
decimal max: 79228162514264337593543950335
double max:  1.798E+308
sizes: int 4, long 8, double 8, char 2
255 161 3000000000

实际代码中最常用的是其中四种：int 用于计数和索引，long 用于 ID 和大额总数，double 用于测量值和数学计算，decimal 用于金额。

decimal 与 double

double（以及 float）以二进制形式存储数字。大多数十进制小数，包括 0.1，都没有精确的二进制形式，所以存储的是最接近的可表示值，小误差会不断累积。decimal 存储的是一个十进制整数加一个小数位数，所以 0.1 就是精确的 0.1。

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        double a = 0.1 + 0.2;
        decimal b = 0.1m + 0.2m;
        Console.WriteLine(a == 0.3);          // False
        Console.WriteLine(b == 0.3m);         // True
        Console.WriteLine(a.ToString("G17")); // 17 significant digits
        Console.WriteLine(b);

        double dsum = 0;
        decimal msum = 0;
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            dsum += 0.1;
            msum += 0.1m;
        }
        Console.WriteLine($"double sum == 1.0: {dsum == 1.0}");
        Console.WriteLine($"decimal sum == 1.0: {msum == 1.0m}");

        decimal price = 19.99m;
        int quantity = 3;
        decimal total = price * quantity;
        Console.WriteLine($"Total: {total}");
        Console.WriteLine($"Split three ways: {total / 3}");
    }
}

输出：

False
True
0.30000000000000004
0.3
double sum == 1.0: False
decimal sum == 1.0: True
Total: 59.97
Split three ways: 19.99

金额、价格、税费以及任何人们会手工相加并核对的数字，都用 decimal。它会保留输入中末尾的零（1.50m 打印为 1.50），有 28 到 29 位有效数字。

物理测量、统计、几何和游戏用 double。它快好几倍，内存只占一半，取值范围也极大。永远不要用 == 比较两个计算得到的 double，而是把它们的差与一个容差比较：Math.Abs(x - y) < 1e-9。

decimal 也不是万能的：1m / 3m 的结果仍然是 0.3333333333333333333333333333。另外，double 运算除以零不会抛出异常（结果是无穷大，0.0 / 0.0 则是 NaN），而 decimal 和整数除以零会抛出 DivideByZeroException。

整数溢出与 checked

默认情况下，超出类型范围的整数运算会悄无声息地回绕。编译器能发现常量表达式中的溢出，但值来自变量时就发现不了：

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        int max = int.MaxValue;
        int wrapped = max + 1;           // no error: wraps around
        Console.WriteLine(wrapped);

        try
        {
            int safe = checked(max + 1); // throws instead of wrapping
            Console.WriteLine(safe);
        }
        catch (OverflowException)
        {
            Console.WriteLine("OverflowException");
        }

        long views = 3_000_000_000;
        int truncated = unchecked((int)views); // explicit narrowing keeps low 32 bits
        Console.WriteLine(truncated);

        long total = (long)max + 1;       // widen first to get the right answer
        Console.WriteLine(total);
    }
}

输出：

-2147483648
OverflowException
-1294967296
2147483648

checked(...) 或 checked { ... } 块会把溢出变成 OverflowException。你也可以用 <CheckForOverflowUnderflow>true</CheckForOverflowUnderflow> 为整个项目开启溢出检查。用常量写 int x = int.MaxValue + 1; 会产生编译错误（CS0220），因为编译器能看出溢出。

最后一行展示了大多数溢出 bug 的修复方法：在运算之前先转换为更宽的类型。写成 (long)(max + 1) 是错的，因为执行强制转换时，加法早已回绕了。

值类型与引用类型

C# 的每种类型要么是值类型，要么是引用类型，这个区别决定了赋值时会发生什么。

• 值类型：所有数值类型、bool、char、DateTime、枚举以及每个 struct。变量直接包含数据；赋值时复制数据。
• 引用类型：string、数组、object 以及每个 class。变量包含指向对象的引用；赋值时复制引用，所以两个变量看到的是同一个对象。

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        int a = 10;
        int b = a;      // copy of the value
        b = 99;
        Console.WriteLine($"a={a} b={b}");

        int[] first = { 1, 2, 3 };
        int[] second = first;   // copy of the reference
        second[0] = 99;
        Console.WriteLine($"first[0]={first[0]}");

        string s1 = "cat";
        string s2 = s1;
        s2 += "s";              // strings are immutable: s2 now refers to a new string
        Console.WriteLine($"s1={s1} s2={s2}");
    }
}

输出：

a=10 b=99
first[0]=99
s1=cat s2=cats

string 是引用类型，但实际用起来像值：它不可变，而且 == 比较的是文本，而不是引用。更多关于用户自定义值类型的内容，见 结构体。

char 和 bool

char 是一个 UTF-16 码元，用单引号书写。它的底层是数值类型，所以可以转换为 int，也支持算术运算：

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        char grade = 'B';
        Console.WriteLine((int)grade);           // 66
        Console.WriteLine((char)(grade + 1));    // C
        Console.WriteLine(char.IsLetter(grade));
        Console.WriteLine(char.IsDigit('7'));
        Console.WriteLine('7' - '0');             // digit char to its value
        Console.WriteLine(char.ToLower(grade));

        bool isOpen = true;
        bool hasStock = false;
        Console.WriteLine(isOpen && !hasStock);
    }
}

输出：

66
C
True
True
7
b
True

bool 只有两个值，不能与数字互相转换：if (count) 是编译错误，而不是判断是否非零。请写 if (count != 0)。基本多文种平面之外的字符（比如大多数 emoji）占用两个 char 值（一个代理对），所以 string 的 Length 统计的是 UTF-16 码元，而不是可见字符。

默认值

字段、数组元素和 default(T) 会得到该类型的默认值：数字是零，bool 是 false，char 是 '\0'，引用类型是 null。局部变量没有默认值，使用之前必须先赋值。

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine(default(int));
        Console.WriteLine(default(decimal));
        Console.WriteLine(default(bool));
        Console.WriteLine(default(string) == null);
        Console.WriteLine(default(DateTime).ToString("yyyy-MM-dd"));

        var counts = new int[3];
        Console.WriteLine(string.Join(",", counts));
    }
}

输出：

0
0
False
True
0001-01-01
0,0,0

从 C# 7.1 开始，当编译器能推断出类型时，你可以直接写不带类型的 default 字面量（int x = default;）。值类型不能为 null，int?（可空值类型）正是为此而生；见 可空类型。

本机大小整数和大整数

还有两种用于特殊场景的数值类型。nint 和 nuint（C# 9）是与指针同样大小的整数，根据平台是 32 位或 64 位，用于互操作和底层代码。System.Numerics.BigInteger 可以保存任意大小的整数，代价是速度：

using System.Numerics;
BigInteger factorial = 1;
for (int i = 2; i <= 30; i++) factorial *= i;
// 265252859812191058636308480000000