C# 重載條件邏輯運算符（&& 和 ||）

2020 年 2 月 10 日
筆記

C# 重載條件邏輯運算符（&& 和 ||）

發佈於 2018-10-16 21:04 更新於 2018-12-14 01:54

在微軟的官方文檔中，規定 && 和 || 運算符不可被重載，但允許通過重載 &、|、true 和 false 實現間接重載。

本文將介紹重載方法和原理。感謝 Opportunity 的指導。

條件邏輯運算符是可以重載的

在微軟的官方文檔 true Operator (C# Reference) - Microsoft Docs 中，解釋了 && 和 || 這兩個條件邏輯運算符的重載方法：

A type cannot directly overload the Caseal logical operators (&& and ||), but an equivalent effect can be achieved by overloading the regular logical operators and operators true and false. 類型不能直接重載條件邏輯運算符（&& 和 ||），但通過重載常規邏輯運算符 &、| 及運算符 true 和 false 可以達到同樣的效果。

也就是說，在官方的概念中，&& 和 || 是允許被重載的，只是不能直接重載。

原因在於，&& 和 || 是短路運算符（Circuit Operator），具有短路求值特性。具體來說，A && B 運算中，如果 A 是 false，那麼 B 的值便不會計算；同樣的，A || B 中，如果 A 是 true，那麼 B 的值也不會計算。

於是，如果允許自定義 && 和 || 運算符，那麼必然會導致這個運算符重載的方法有兩個參數傳入，於是這兩個參數一定會被計算值；這樣就無法實現短路求值了。於是對於 && 和 || 的重載採用的方案是重載 & 和 | 運算符，然後重載 true 和 false 運算符來指定短路求值。

試錯實驗

我們寫一個類型進行實驗：

using System;    namespace Walterlv.Demo  {      public class Case      {          public static bool operator &(Case a, Case b)          {              throw new NotImplementedException();          }      }  }

直接使用 & 是沒有問題的，但如果使用 && 就會提示錯誤。

var a = new Case();  var b = new Case();  if (a && b)  {  }

Error CS0217: In order to be applicable as a short circuit operator a user-defined logical operator (『Case.operator &(Case, Case)』) must have the same return type and parameter types Error CS0217: 為了可以像短路運算符一樣應用，用戶定義的邏輯運算符(「Case.operator &(Case, Case)」)的返回類型和參數類型必須相同

也就是說，本身重載 & 運算符的時候允許返回不同的類型；但如果希望 && 運算符在此重載下也生效，就必須確保 & 的返回類型與參數中的類型相同。

public static Case operator &(Case a, Case b)  {      throw new NotImplementedException();  }

var a = new Case();  var b = new Case();  var c = a && b;

改為相同的類型後，還會繼續提示需要定義 true 和 false 運算符。

Error CS0218: In order for 『Case.operator &(Case, Case)』 to be applicable as a short circuit operator, its declaring type 『Case』 must define operator true and operator false

重載 && 和 ||

以下程式碼中，true 表示字元串中包含大寫字母，false 表示字元串中不包含大寫字母（null 和沒有大小寫的區域也屬於不包含大寫字母）。& 運算符僅留下兩者共有的字元；| 則取所有字元。

public class Case  {      private string _value;        public Case(string value)      {          _value = value;      }        public static Case operator &(Case a, Case b)      {          if (a is null || b is null) return null;          if (a._value is null || b._value is null) return new Case(null);          return new Case(new string(b._value.Except(a._value.Except(b._value)).ToArray()));      }        public static Case operator |(Case a, Case b) => new Case(a._value + b._value);        public static bool operator true(Case a)          => a?._value != null && !a._value.ToLower(CultureInfo.CurrentCulture).Equals(a._value);        public static bool operator false(Case a)          => a?._value == null || a._value.ToLower(CultureInfo.CurrentCulture).Equals(a._value);        public override string ToString() => _value;  }

測試重載了條件邏輯運算符的類型

我們測試以上程式碼所用的程式碼如下：

var a = new Case("A");  var b = new Case("b");  Console.WriteLine(a);  Console.WriteLine(b);  Console.WriteLine(a ? "a 是 truthy" : "a 是 falsy");  Console.WriteLine(b ? "b 是 truthy" : "b 是 falsy");  Console.WriteLine(a & b);  Console.WriteLine(a | b);  Console.WriteLine(a && b);  Console.WriteLine(a || b);

以上各個 Console.WriteLine 的輸出為：

[1] A  [2] b  [3] a 是 truthy  [4] b 是 falsy  [5]  [6] Ab  [7]  [8] A

注意，空行其實指的是輸出 null。

truthy 和 falsy

剛剛的測試程式碼中，我們使用了 truthy 和 falsy 概念，而這是邏輯判斷概念：

如果在邏輯判斷中，對象與 true 等價，但其數值上並非 true（不等於 true），那麼稱此對象為 truthy；
如果在邏輯判斷中，對象與 false 等價，但其數值上並非 false（不等於 false），那麼稱此對象為 falsy。

對以上測試輸出的解釋

第 5 行由於 a 和 b 沒有共有字元，所以得到 null。

第 7 行的執行過程是這樣的：

對 a 求值，即 a 本身；
對 a 進行 truthy / falsy 邏輯判斷，得到 truthy；
由於 a 為 truthy，對於 && 運算符而言，可以對 b 求值，於是對 b 求值得到 b 本身；
對 a 和 b 進行 & 運算，得到 ` ，也就是 null`。

第 8 行的執行過程是這樣的：

對 a 求值，即 a 本身；
對 a 進行 truthy / falsy 邏輯判斷，得到 truthy；
由於 a 為 truthy，對於 || 運算符而言，已無需對 b 求值，最終得到的結果為 a，也就是 A。

參考資料

本文會經常更新，請閱讀原文： https://blog.walterlv.com/post/overload-conditional-and-and-or-

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