C# - 算术运算符

什么是算术运算符？

算术运算符是用于对 int、double 和 decimal 等数值类型执行数学计算的基本符号。它们构成了 C# 中大多数数值计算的基础。

核心算术运算符

下表列出了 C# 中的二元算术运算符。我们假设 int a = 10; 和 int b = 20;。

Operator	Symbol	Description	Example
Addition	+	将两个操作数相加	`a + b` 为 30
Subtraction	-	从第一个操作数中减去第二个操作数	`b - a` 为 10
Multiplication	*	将两个操作数相乘	`a * b` 为 200
Division	/	用第一个操作数除以第二个操作数	`b / a` 为 2
Modulus (Remainder)	%	返回整数除法的余数	`10 % 3` 为 1

递增和递减运算符

这些是一元运算符，通过加 1 或减 1 来修改变量。它们有两种形式：前缀和后缀。

递增（++）：将整数值加一。
递减（--）：将整数值减一。

前缀与后缀

当在表达式中使用 ++ 或 -- 运算符时，它们的位置很重要：

前缀（++variable）：变量首先递增，然后将新值用于表达式。
后缀（variable++）：变量的原始值用于表达式，然后变量递增。

int x = 5;
// 前缀：先将 x 递增到 6，然后将 6 赋值给 y。
int y = ++x;
// 此时，x 为 6，y 为 6。
Console.WriteLine($"Prefix: x = {x}, y = {y}");

int a = 5;
// 后缀：先将 a 的原始值（5）赋值给 b，然后将 a 递增到 6。
int b = a++;
// 此时，a 为 6，b 为 5。
Console.WriteLine($"Postfix: a = {a}, b = {b}");

/*
* 预期输出：
* Prefix: x = 6, y = 6
* Postfix: a = 6, b = 5
*/

代码示例

示例 1：基本操作

所有核心算术运算符的简单演示。

int a = 11;
int b = 5;

Console.WriteLine($"a = {a}, b = {b}");
Console.WriteLine($"Addition:       {a + b}");       // 输出：16
Console.WriteLine($"Subtraction:    {a - b}");       // 输出：6
Console.WriteLine($"Multiplication: {a * b}");       // 输出：55
Console.WriteLine($"Division:       {a / b}");       // 输出：2（整数除法）
Console.WriteLine($"Modulus:        {a % b}");       // 输出：1（11 除以 5 的余数）

示例 2：整数除法与浮点数除法

/ 运算符的行为因操作数的数据类型而异。当两个操作数都是整数时，它执行整数除法，会截断任何小数部分。

int intA = 7, intB = 2;
double doubleA = 7.0, doubleB = 2.0;

// 整数除法会丢弃余数。
Console.WriteLine($"Integer Division (7 / 2): {intA / intB}"); // 输出：3

// 要获得精确结果，至少一个操作数必须是浮点类型。
Console.WriteLine($"Floating-Point Division (7.0 / 2.0): {doubleA / doubleB}"); // 输出：3.5
Console.WriteLine($"Mixed-Type Division (7 / 2.0): {intA / doubleB}");   // 输出：3.5

实际用例

算术运算符在编程中无处不在。

用例 1：计算圆的面积

// 使用 Math.PI 常量以获得更好的精度。
const double radius = 5.5;
double area = Math.PI * radius * radius;

Console.WriteLine($"Circle Area: {area:F4}"); // :F4 格式化为 4 位小数
// 预期输出：Circle Area: 95.0332

用例 2：温度转换

double celsius = 30;
// 公式是 (摄氏度 * 9/5) + 32。
// 注意：使用 9.0/5.0 来确保浮点除法。
double fahrenheit = (celsius * 9.0 / 5.0) + 32;

Console.WriteLine($"{celsius}°C is equal to {fahrenheit}°F");
// 预期输出：30°C is equal to 86°F

最佳实践与注意事项

精度：对于需要高精度的财务或科学计算，请使用 decimal 类型而不是 double，以避免小的舍入误差。
除以零：整数除以零会抛出 DivideByZeroException。浮点数（double 或 float）除以零会产生 Infinity、-Infinity 或 NaN（非数字），而不会抛出异常。如果不确定除数的值，请务必在除法前检查是否为零。
运算符优先级：乘法（*）、除法（/）和取模（%）的优先级高于加法（+）和减法（-）。使用括号 () 来强制执行特定的运算顺序，这也可以提高代码可读性。
数值溢出：对整型（如 int）执行算术运算时，如果结果超出该类型的最大值，可能会发生溢出。对于关键计算，请使用 checked 关键字强制抛出 OverflowException。

int max = int.MaxValue;
try
{
    // 这段代码在一个 'checked' 上下文中。
    int overflow = checked(max + 1);
}
catch (OverflowException ex)
{
    Console.WriteLine("捕获到预期的溢出！");
}