c#加法运算符从隐式转换中借用到某些类型，而不是其他类型？

Question

让我们创建一个类并使其隐式转换为int：

class Foo
{
    int val;
    public Foo() { }
    public Foo(int val) => this.val = val;
    public static implicit operator int(Foo f) => f.val;
    public static implicit operator Foo(int val) => new Foo(val);
}

以下代码编译正常：

Foo foo1 = new Foo();
Foo foo2 = new Foo();
Foo sum = foo1 + foo2;

它只是将每个值转换为int，执行加法，然后转换回Foo。

现在让我们尝试使用decimal 而不是int：

class Foo
{
    decimal val;
    public Foo() { }
    public Foo(decimal val) => this.val = val;
    public static implicit operator decimal(Foo f) => f.val;
    public static implicit operator Foo(decimal val) => new Foo(val);
}

再次，代码：

Foo sum = foo1 + foo2;

工作正常。

现在，让我们尝试另一个定义了加法运算符的结构，TimeSpan

class Foo
{
    TimeSpan val;
    public Foo() { }
    public Foo(TimeSpan val) => this.val = val;
    public static implicit operator TimeSpan(Foo f) => f.val;
    public static implicit operator Foo(TimeSpan val) => new Foo(val);
}

现在，当我们尝试时

Foo sum = foo1 + foo2;

我们得到一个编译器错误：

错误 CS0019 运算符“+”不能应用于“Foo”和“Foo”类型的操作数

这看起来很奇怪。 decimal 和 TimeSpan 都定义了重载的 + 运算符：

（来自元数据）

public static TimeSpan operator +(TimeSpan t1, TimeSpan t2);


public static Decimal operator +(Decimal d1, Decimal d2);

为什么这适用于某些类型而不适用于其他类型？

Answer 1

使用这个：

// int
Foo sum = foo1 + foo2;

还有：

// decimal
Foo sum = foo1 + foo2;

还有：

// TimeSpan
Foo sum = (TimeSpan)foo1 + (TimeSpan)foo2;

还有：

// TimeSpan
var sum = (TimeSpan)foo1 + foo2;

这是第一个的 IL 代码：

// ...
// Foo foo = (int)f + (int)f2;
IL_000d: ldloc.0
IL_000e: call int32 ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_0013: ldloc.1
IL_0014: call int32 ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_0019: add
IL_001a: call class ConsoleApp.Foo ConsoleApp.Foo::op_Implicit(int32)
IL_001f: stloc.2

第二个：

//...
// decimal num = (decimal)f + (decimal)f2;
IL_000d: ldloc.0
IL_000e: call valuetype [mscorlib]System.Decimal ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_0013: ldloc.1
IL_0014: call valuetype [mscorlib]System.Decimal ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_0019: call valuetype [mscorlib]System.Decimal [mscorlib]System.Decimal::op_Addition(valuetype [mscorlib]System.Decimal, valuetype [mscorlib]System.Decimal)
IL_001e: stloc.2
//...

第三个：

// ...
// TimeSpan timeSpan = (TimeSpan)f + (TimeSpan)f2;
IL_000d: ldloc.0
IL_000e: call valuetype [mscorlib]System.TimeSpan ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_0013: ldloc.1
IL_0014: call valuetype [mscorlib]System.TimeSpan ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_0019: call valuetype [mscorlib]System.TimeSpan [mscorlib]System.TimeSpan::op_Addition(valuetype [mscorlib]System.TimeSpan, valuetype [mscorlib]System.TimeSpan)
IL_001e: stloc.2
// ...

第四个：

//...
// TimeSpan timeSpan = (TimeSpan)f + (TimeSpan)f2;
IL_000d: ldloc.0
IL_000e: call valuetype [mscorlib]System.TimeSpan ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_0013: ldloc.1
IL_0014: call valuetype [mscorlib]System.TimeSpan ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_0019: call valuetype [mscorlib]System.TimeSpan [mscorlib]System.TimeSpan::op_Addition(valuetype [mscorlib]System.TimeSpan, valuetype [mscorlib]System.TimeSpan)
IL_001e: stloc.2
//...

在第一种情况下，代码调用 int32 op_Implicit 接下来将两个整数与标准的 add 汇编记忆指令相加，该指令将压入堆栈的最后两个值相加并将结果压入其中。

在其他情况下，方法::op_Addition 被调用，它使用最后两个压入堆栈的值作为参数将结果压入堆栈。

在第三种情况下，如果我们转换加法的第一个操作数，编译器会推断转换为预期结果类型的第二个操作数的类型。

使用decimal 或TimeSpan 并没有真正的区别。

因此，当使用数字以外的类型时，如果不将两个 Foo 之一转换为预期类型，编译器就无法推断用于加法的类型，因此它会尝试添加两个 Foo 而不推断预计。

现在，如果我们看一下元数据提供的方法表的Decimal 和TimeSpan 类接口，我们会看到Decimal 实现了IConvertible，但没有实现TimeSpan。

IConvertible 有ToInt32 和ToDecimal 方法。

如果我们尝试 Foo/DateTime，我们会遇到与 TimeSpan 相同的问题，但 DateTime 被标记为实现 Iconvertible... 但是类定义没有转换方法...没有实现，正如我们在 Microsoft Docs 中看到的那样：“不支持此转换”。

也许这可以解释为什么编译器可以推断 int 和 decimal 的类型来进行加法，但不能推断 TimeSpan 和 DateTime。也许对于默认的+ 运算符，编译器仅搜索可转换类型的隐式运算符。这里只是一个可能是假的想法，我不知道。

如果我们将这个重载的运算符添加到 Foo/TimeSpan：

public static Foo operator +(Foo value1, TimeSpan value2)
{
  return (TimeSpan)value1 + value2;
}

这会编译并在 foo2 上的 operator + 旁边调用 operator TimeSpan：

TimeSpan sum = foo1 + foo2;

因为这里编译器看到有+ 重载运算符并生成此IL 代码：

// TimeSpan timeSpan = v + f;
IL_001d: ldloc.0
IL_001e: ldloc.1
IL_001f: call valuetype [mscorlib]System.TimeSpan ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_0024: call class ConsoleApp.Foo ConsoleApp.Foo::op_Addition(class ConsoleApp.Foo, valuetype [mscorlib]System.TimeSpan)
IL_0029: call valuetype [mscorlib]System.TimeSpan ConsoleApp.Foo::op_Implicit(class ConsoleApp.Foo)
IL_002e: stloc.2