何时调用 Double 的 == 运算符？

Question

这一切都始于有人向我提出的一个诡计问题..（书中提到 - 简而言之 C#）这是它的要点。

Double a = Double.NaN;
Console.WriteLine(a == a); // => false
Console.WriteLine(a.Equals(a)); // => true

上面的内容似乎不对。 a 应该始终是 == 自身（引用相等）并且两者都应该是一致的。

似乎 Double 重载了 == 运算符。经反射器确认如下：

[__DynamicallyInvokable]
public static bool operator ==(double left, double right)
{
    return (left == right);
}

奇怪的看起来是递归的，没有提到 NaN 特定的行为。那么为什么它返回false呢？

所以我再添加一些代码来区分

var x = "abc";
var y = "xyz";
Console.WriteLine(x == y); // => false

现在我明白了

    L_0001: ldc.r8 NaN
    L_000a: stloc.0 
    L_000b: ldloc.0 
    L_000c: ldloc.0 
    L_000d: ceq 
    L_000f: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(bool)
    L_0014: nop 
    L_0015: ldloca.s a
    L_0017: ldloc.0 
    L_0018: call instance bool [mscorlib]System.Double::Equals(float64)
    L_001d: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(bool)
    L_0022: nop 
    L_0023: ldstr "abc"
    L_0028: stloc.1 
    L_0029: ldstr "xyz"
    L_002e: stloc.2 
    L_002f: ldloc.1 
    L_0030: ldloc.2 
    L_0031: call bool [mscorlib]System.String::op_Equality(string, string)
    L_0036: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(bool)

• 对于双精度数，== 运算符调用转换为ceq IL 操作码
• 对于字符串，它转换为 System.String::op_Equality(string, string)。

果然documentation for ceq 指定它是浮点数和NaN 的特殊情况。这解释了观察结果。

问题：

• 为什么在 Double 上定义 op_Equality？ （并且实现不考虑 NaN 特定行为）
• 什么时候调用？

Answer 1

反映者的错误解释

您从 Reflector 看到的反编译实际上是 Reflector 中的一个错误。 Reflector 需要能够反编译比较两个双精度值的函数；在这些函数中，您会发现ceq 直接发送到代码中。因此，Reflector 将 ceq 指令解释为两个双精度之间的 ==，以帮助反编译一个正在比较两个双精度的函数。

默认情况下，值类型不带有 == 实现。 (Don't user-defined structs inherit an overloaded == operator?) 但是，所有内置标量类型都有一个显式重载的运算符，编译器将其翻译 为适当的 CIL。重载还包含一个简单的基于 ceq 的比较，因此 == 运算符重载的动态/后期绑定/基于反射的调用不会失败。

---

更多详情

对于预定义的值类型，相等运算符 (==) 在以下情况下返回 true 其操作数的值相等，否则为假。以供参考 字符串以外的类型，如果两个操作数引用 ==，则返回 true 同一个对象。对于字符串类型，== 比较 字符串。

-- http://msdn.microsoft.com/en-us/library/53k8ybth.aspx

您所说的意味着 == 使用引用类型语义来比较 double。然而，由于double 是一个值类型，它使用值语义。这就是为什么3 == 3 是正确的，即使它们是不同的堆栈对象。

您几乎可以将此编译器翻译视为 LINQ 的 Queryable 对象如何在其中包含扩展方法和代码，但编译器将这些调用翻译成表达式树，然后传递给 LINQ 提供程序。在这两种情况下，底层函数都不会真正被调用。

---

Double 的比较语义

Double 的文档确实提到了 ceq CIL 指令的工作原理：

如果通过调用 Equals 方法测试两个 Double.NaN 值是否相等，则该方法返回 true。但是，如果使用相等运算符测试两个 NaN 值是否相等，则运算符返回 false。当您想确定 Double 的值是否不是数字 (NaN) 时，另一种方法是调用 IsNaN 方法。

-- http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ya2zha7s.aspx

---

原始编译器源代码

如果您查看反编译的 C# 编译器源代码，您会发现以下代码可将双重比较直接转换为 ceq：

private void EmitBinaryCondOperator(BoundBinaryOperator binOp, bool sense)
{
    int num;
    ConstantValue constantValue;
    bool flag = sense;
    BinaryOperatorKind kind = binOp.OperatorKind.OperatorWithLogical();
    if (kind <= BinaryOperatorKind.GreaterThanOrEqual)
    {
        switch (kind)
        {
            ...

            case BinaryOperatorKind.Equal:
                goto Label_0127;

            ...
        }
    }
...
Label_0127:
    constantValue = binOp.Left.ConstantValue;
    if (((constantValue != null) && constantValue.IsPrimitiveZeroOrNull) && !constantValue.IsFloating)
    {
        ...
        return;
    }
    constantValue = binOp.Right.ConstantValue;
    if (((constantValue != null) && constantValue.IsPrimitiveZeroOrNull) && !constantValue.IsFloating)
    {
        ...
        return;
    }
    this.EmitBinaryCondOperatorHelper(ILOpCode.Ceq, binOp.Left, binOp.Right, sense);
    return;
}

以上代码来自Roslyn.Compilers.CSharp.CodeGen.CodeGenerator.EmitBinaryCondOperator(...)，我添加了“...”以使代码更具可读性。

Answer 2

来自 msdn：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ya2zha7s.aspx

如果通过调用 Equals 来测试两个 Double.NaN 值是否相等 方法，该方法返回true。但是，如果测试了两个 NaN 值 对于使用相等运算符的相等，运算符返回 错误的。当你想判断一个 Double 的值是否不是 一个数字 (NaN)，另一种方法是调用 IsNaN 方法。

Answer 3

在msdn 中声明；

如果通过调用 Equals 来测试两个 Double.NaN 值是否相等 方法，该方法返回true。但是，如果测试了两个 NaN 值 对于使用相等运算符的相等，运算符返回 错误的。当你想判断一个 Double 的值是否不是 一个数字 (NaN)，另一种方法是调用 IsNaN 方法。

这是故意这样做以符合 IEC 60559:1989，因为它声明两个 NaN 值不相等，因为它们不被视为数字，因此 op_Equal 定义符合此标准；

根据 IEC 60559:1989，两个浮点数的值为 NaN 永远不相等。然而，根据规范 System.Object::Equals 方法，最好重写此方法 提供值相等语义。由于 System.ValueType 提供 此功能通过使用反射，描述为 Object.Equals 特别指出值类型应该考虑 覆盖默认的 ValueType 实现以获得性能 增加。其实从源头上看 System.ValueType::Equals（clr\src\BCL\System\ValueType.cs 的第 36 行 在 SSCLI 中），甚至有来自 CLR Perf 团队的评论 System.ValueType::Equals 不快的效果。

参考：http://blogs.msdn.com/b/shawnfa/archive/2004/07/19/187792.aspx