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C# 關係運算子與關係運算式：比較、is、as、類型測試全解析

編輯：關於C#

關係運算子是程式決策的基石，C# 提供豐富的比較運算子與類型測試運算子 (is, as)，並針對不同類型 (數值、字串、列舉、參考、委派) 定義精確語意。

六大比較運算子

運算子	說明	適用類型
`==`	等於	所有類型
`!=`	不等於	所有類型
`<`	小於	數值、列舉、可比較類型
`>`	大於	數值、列舉、可比較類型
`<=`	小於或等於	數值、列舉、可比較類型
`>=`	大於或等於	數值、列舉、可比較類型

關係運算式特性

結果型別永遠為 bool
優先級：低於算術運算子，高於指派運算子
可鏈結：(a > b) > (c < d) (但不建議，易混淆)
可作為布林值指派：bool flag = a > b;

is 運算子：型別模式比對 (C# 7.0+ 增強)

基本型別檢查

Console.WriteLine(1 is int);       // True
Console.WriteLine(1 is float);     // False
Console.WriteLine(1.0 is float);   // False
Console.WriteLine(1.0 is double);  // True

型別模式與變數宣告 (C# 7.0+)

object obj = "Hello";

// 傳統寫法
if (obj is string)
{
    string s = (string)obj;
    Console.WriteLine(s.Length);
}

// 現代寫法：宣告模式
if (obj is string s) // 直接宣告並轉型
{
    Console.WriteLine(s.Length);
}

// 常數模式
if (obj is "Hello") // C# 9.0+ 比對常數值
{
    Console.WriteLine("匹配");
}

// 型別範圍檢查
if (obj is not null) // C# 9.0+ 否定模式
{
    // ...
}

進階模式比對 (C# 9.0+)

// 關係模式
if (number is >= 0 and <= 100) { ... }

// 邏輯模式組合
if (input is string { Length: > 0 } or int > 0) { ... }

// switch 運算式中的模式
var result = obj switch
{
    int i => i * 2,
    string s => s.Length,
    null => 0,
    _ => -1
};

as 運算子：安全參考轉型

核心語意

運算式 as 目標類型
// 成功：回傳轉型後的參考
// 失敗：回傳 null (不拋出例外)
// 限制：僅限參考類型、可為 null 的值類型、介面轉型

與強制轉型對比

場景	`(T)obj`	`obj as T`
轉型成功	回傳 T	回傳 T
轉型失敗 (參考類型)	拋出 `InvalidCastException`	回傳 `null`
值類型轉型	支援 (拆箱)	不支援 (編譯錯誤)
使用者定義轉型	支援	不支援
適用場景	確定轉型會成功	不確定、預期可能失敗

實戰範例

object[] items = { "text", 123, DateTime.Now, null };

foreach (var item in items)
{
    // 安全轉型 + null 檢查
    if (item is string s)
    {
        Console.WriteLine($"字串: {s.ToUpper()}");
    }
    else if (item is DateTime dt)
    {
        Console.WriteLine($"日期: {dt:yyyy-MM-dd}");
    }
    
    // as 適用：介面轉型
    if (item is IDisposable disp)
    {
        // 使用介面...
    }
}

// 經典 as 用法：事件處理器
void OnClick(object sender, EventArgs e)
{
    var btn = sender as Button;
    if (btn != null) btn.BackColor = Color.Red;
}

各類型比較語意細節

數值類型 (IEEE 754)

NaN 比較：NaN == NaN → false，NaN != NaN → true
+0.0 == -0.0 → true
無窮大：-∞ < 任何有限值 < +∞

布林類型

僅支援 ==, !=
false < true (隱含轉換為 0/1)
!= 等價於 ^ (XOR)

列舉類型

隱含支援所有六大比較運算子
比較底層整數值：(U)x op (U)y

字串比較 (重點)

運算子	比較語意	注意事項
`==`, `!=`	序數比較 (序數忽略大小寫? 不，預設區分大小寫)	比較值，非參考
`<`, `>` 等	不支援 (編譯錯誤)	使用 `string.Compare`

// 值比較
"hello" == "hello"        // true
"hello" == "HELLO"        // false (區分大小寫)
string s1 = "he" + "llo";
string s2 = "hello";
s1 == s2                  // true (不同實例，同值)

// 參考比較 (需明確)
object.ReferenceEquals(s1, s2) // false