数值 IntPtr

支持者问题：https://github.com/dotnet/csharplang/issues/6065

总结

这是对初始本机整数特征（规范）的修订，其中 nint/nuint 类型不同于基础类型 System.IntPtr/System.UIntPtr。 简而言之，我们现在将 nint/nuint 视为简单类型，将 System.IntPtr/System.UIntPtr 混叠，就像我们对 int 与 System.Int32 的关系所做的那样。 System.Runtime.CompilerServices.RuntimeFeature.NumericIntPtr 运行时功能标志触发此新行为。

设计

8.3.5 简单类型

C# 提供了一组预定义的 struct 类型，称为简单类型。 简单类型通过关键字标识，但这些关键字只是 struct 命名空间中预定义 System 类型的别名，如下表所述。

[...]

8.3.6 整型类型

C# 支持 11 个整型类型：sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、、long、ulong 和 char。 [...]

8.8 非托管类型

换言之，unmanaged_type 即为以下类型之一：

• sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float、double、decimal 或 bool。
• 任何 enum_type。
• 任何不是构造类型且仅包含非 unmanaged_type 字段的用户定义的 struct_type。
• 在不安全的代码中，任何 pointer_type。

10.2.3 隐式数值转换

隐式数值转换包括：

• 从 sbyte 到 short、int、nint、long、float、double 或 decimal。
• 从 byte 到 short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、float、double 或 decimal。
• 从 short 到 int、nint、long、float、double 或 decimal。
• 从 ushort 到 int、uint、nint、nuint、long、ulong、float、double 或 decimal。
• 从 int 到 nint、long、float、double 或 decimal。
• 从 uint 到 nuint、long、ulong、float、double 或 decimal。
• 从 nint 到 long、float、double 或 decimal。
• 从 nuint 到 ulong、float、double 或 decimal。
• 从 long 到 float、double 或 decimal。
• 从 ulong 到 float、double 或 decimal。
• 从 char 到 ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、float、double 或 decimal。
• 从 float 到 double。

[...]

10.2.11 隐式常量表达式转换

隐式常量表达式转换允许以下转换：

• 类型的 int 可以转换为类型 sbyte、byte、short、ushort、uint、nint、nuint 或 ulong，前提是 constant_expression 的值处于目标类型的范围内。 [...]

10.3.2 显式数值转换

显式数值转换是指从一个 numeric_type 到另一个 numeric_type 的转换，而隐式数值转换尚不存在：

• 从 sbyte 到 byte、ushort、uint、nuint、ulong 或 char。
• 从 byte 到 sbyte 或 char。
• 从 short 到 sbyte、byte、ushort、uint、nuint、ulong 或 char。
• 从 ushort 到 sbyte、byte、short 或 char。
• 从 int 到 sbyte、byte、short、ushort、uint、nuint、ulong 或 char。
• 从 uint 到 sbyte、byte、short、ushort、int、nint 或 char。
• 从 long 到 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、ulong 或 char。
• 从 nint 到 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nuint、ulong 或 char。
• 从 nuint 到 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、long 或 char。
• 从 ulong 到 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long 或 char。
• 从 char 到 sbyte、byte 或 short。
• 从 float 到 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char 或 decimal。
• 从 double 到 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float 或 decimal。
• 从 decimal 到 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float 或 double。

[...]

10.3.3 显式枚举转换

显式枚举转换如下：

• 从 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float、double 或 decimal 到任何 enum_type。
• 从任何 enum_type 到 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float、double或 decimal。
• 从任何 enum_type 到其他任何 enum_type。

12.6.4.7 更好的转换目标

给定两种类型 T₁ 和 T₂，如果满足以下条件之一，则 T₁是比 T₂：

• 存在从 T₁ 到 T₂ 的隐式转换，不存在从 T₂ 到 T₁ 的隐式转换
• T₁ 是 Task<S₁>，T₂ 是 Task<S₂>，S₁ 是比 S₂ 更好的转换目标
• T₁ 是 S₁ 或 S₁?，其中 S₁ 是带符号的整数类型，T₂ 是 S₂ 或 S₂?，其中 S₂ 是无符号整型类型。 具体如下：[...]

12.8.12 元素访问

[...] argument_list 中的表达式数量应与 array_type 的排名相同，每个表达式的类型应为 int、uint、nint、nuint、long 或 ulong,，或者应隐式转换为这些类型中的一种或多种。

11.8.12.2 数组访问

[...] argument_list 中的表达式数量应与 array_type 的排名相同，每个表达式的类型应为 int、uint、nint、nuint、long 或 ulong,，或者应隐式转换为这些类型中的一种或多种。

[...] 表单 P[A] 的数组访问的运行时处理包括以下步骤：其中 P 是 array_type 的 primary_no_array_creation_expression，A 是 argument_list：[...]

• argument_list 的索引表达式按从左到右的顺序计算。 对每个索引表达式进行计算后，执行到以下类型之一的隐式转换：int、uint、nint、nuint、long、ulong。 在此列表中，选择存在隐式转换的第一个类型。 [...]

12.8.16 后缀增量和减量运算符

一元运算符重载解析应用于选择特定的运算符实现。 以下类型存在预定义的 ++ 和 -- 运算符：sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float、double、decimal 和任意枚举类型。

12.9.2 一元加运算符

预定义的一元加运算符为：

...
nint operator +(nint x);
nuint operator +(nuint x);

12.9.3 一元减运算符

预定义的一元减运算符为：

• 整数求反：

  ...
  nint operator –(nint x);
  

12.8.16 后缀增量和减量运算符

以下类型存在预定义的 ++ 和 -- 运算符：sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float、double、decimal 和任意枚举类型。

11.7.19 默认值表达式

此外，如果类型是下列值类型之一，则 default_value_expression 是常量表达式：sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float、double、decimal、bool, 或任何枚举类型。

12.9.5 按位求补运算符

预定义的按位补运算符有以下几种：

...
nint operator ~(nint x);
nuint operator ~(nuint x);

12.9.6 前缀增量和减量运算符

以下类型存在预定义的 ++ 和 -- 运算符：sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float、double、decimal 和任意枚举类型。

12.10 算术运算符

12.10.2 乘法运算符

下面列出了预定义的乘法运算符。 所有运算符都计算 x 和 y 的乘积。

• 整数乘法：

  ...
  nint operator *(nint x, nint y);
  nuint operator *(nuint x, nuint y);
  

12.10.3 除法运算符

下面列出了预定义的除法运算符。 所有运算符都计算 x 和 y 的商。

• 整数除法：

  ...
  nint operator /(nint x, nint y);
  nuint operator /(nuint x, nuint y);
  

12.10.4 余数运算符

下面列出了预定义的余数运算符。 运算符都计算 x 和 y 之间的除法余数。

• 整数余数：

  ...
  nint operator %(nint x, nint y);
  nuint operator %(nuint x, nuint y);
  

12.10.5 加法运算符

• 整数加法：

  ...
  nint operator +(nint x, nint y);
  nuint operator +(nuint x, nuint y);
  

12.10.6 减法运算符

• 整数减法：

  ...
  nint operator –(nint x, nint y);
  nuint operator –(nuint x, nuint y);
  

12.11 移位运算符

下面列出了预定义的移位运算符。

• 左移：

  ...
  nint operator <<(nint x, int count);
  nuint operator <<(nuint x, int count);
  

• 右移：

  ...
  nint operator >>(nint x, int count);
  nuint operator >>(nuint x, int count);
  

  >>运算符x将按照下面描述的方式右移若干位。

  当 x 的类型为 int、nint 或 long 时，将丢弃 x 的低序位，其余位向右移动；如果 x 为非负位，则高阶空位位置设置为零；如果 x 为负位，则设置为 1。

  当 x 的类型为 uint、nuint 或 ulong 时，x 的低阶位会被丢弃，其余位被右移，高阶空位位置被置零。

• 无符号右移：

  ...
  nint operator >>>(nint x, int count);
  nuint operator >>>(nuint x, int count);
  

对于预定义的运算符，要移动的位数计算如下：[...]

• 当 x 的类型为 nint 或 nuint时，移位计数由 32 位平台上的 count 的低阶 5 位或 64 位平台上的 count 的低阶 6 位给出。

12.12 关系和类型测试运算符

12.12.2 整数比较运算符

预定义的整数比较运算符为：

...
bool operator ==(nint x, nint y);
bool operator ==(nuint x, nuint y);

bool operator !=(nint x, nint y);
bool operator !=(nuint x, nuint y);

bool operator <(nint x, nint y);
bool operator <(nuint x, nuint y);

bool operator >(nint x, nint y);
bool operator >(nuint x, nuint y);

bool operator <=(nint x, nint y);
bool operator <=(nuint x, nuint y);

bool operator >=(nint x, nint y);
bool operator >=(nuint x, nuint y);

12.12 逻辑运算符

12.12.2 整数逻辑运算符

预定义的整数逻辑运算符为：

...
nint operator &(nint x, nint y);
nuint operator &(nuint x, nuint y);

nint operator |(nint x, nint y);
nuint operator |(nuint x, nuint y);

nint operator ^(nint x, nint y);
nuint operator ^(nuint x, nuint y);

12.22 常量表达式

常量表达式可以是值类型或引用类型。 如果常量表达式是值类型，则它必须是下列类型之一：sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long、ulong、char、float、double、decimal、bool, 或任何枚举类型。

[...]

隐式常量表达式转换允许 int 类型的常量表达式转换为 sbyte、byte、short、ushort、uint、nint、nuint、 或 ulong，前提是常量表达式的值在目标类型范围内。

17.4 数组元素访问

数组元素是使用表单 的 A[I₁, I₂, ..., Iₓ] 表达式访问的，其中 A 是数组类型的表达式，每个 Iₑ 是类型 int、uint、nint、nuint、long、ulong 或可隐式转换为其中一个或多个类型的表达式。 数组元素访问的结果是一个变量，即索引选择的数组元素。

23.5 指针转换

23.5.1 概述

[...]

此外，在不安全的上下文中，可用的显式转换集被扩展为包括以下显式指针转换：

• 从任何 pointer_type 到任何其他 pointer_type。
• 从 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long 或 ulong 到任何 pointer_type。
• 从任何 指针类型 到 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、nint、nuint、long或 ulong。

23.6.4 指针元素访问

[...] 在一种指针元素访问形式 P[E]中，P 应为指针类型但非 void*的表达式，并且 E 应为一个可以隐式转换为 int、uint、nint、nuint、long或 ulong的表达式。

23.6.7 指针算术

在不安全的上下文中，+ 运算符和 – 运算符可以应用于除 void* 以外的所有指针类型的值。 因此，对于每个指针类型 T*，将隐式定义以下运算符：

[...]
T* operator +(T* x, nint y);
T* operator +(T* x, nuint y);
T* operator +(nint x, T* y);
T* operator +(nuint x, T* y);
T* operator -(T* x, nint y);
T* operator -(T* x, nuint y);

给定一个指针类型 P 的表达式 T* 和一个类型 N、int、uintnint 或 nuint 的表达式，表达式 long 和 ulong 计算类型 P + N 的指针值，该值是通过将 N + P 添加到 T* 给出的地址而得到的。 同样，表达式 P – N 计算出从 T*给定的地址中减去 N * sizeof(T) 后得到的 P 类型的指针值。

各种注意事项

中断性变更

此设计的主要影响之一是 System.IntPtr 和 System.UIntPtr 获得一些内置运算符（转换、一元和二进制）。
其中包括 checked 运算符，这意味着这些类型上的以下运算符在溢出时将抛出：

• IntPtr + int
• IntPtr - int
• IntPtr -> int
• long -> IntPtr
• void* -> IntPtr

元数据编码

这种设计意味着 nint 和 nuint 可以简单地以 System.IntPtr 和 System.UIntPtr 的形式发出，而无需使用 System.Runtime.CompilerServices.NativeIntegerAttribute。
同样，在加载元数据 NativeIntegerAttribute 时，可以忽略它。