關於 C# 中「string + int」的執行機制的疑惑？

01-05

易知在 C# 中 string 類型能夠直接與其他類型（比如 int ）進行加法運算，但是在string.cs並沒有對 String 類的 + 符號進行重載。
於是嘗試了幾種不同的加法方式如下（都在 Program.Main 方法中）：
1. string + int
源代碼為：

Console.WriteLine("12" + 34);
生成的IL代碼為（省略無關部分）：
IL_000d: call string [mscorlib]System.String::Concat(object, object) IL_0012: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
2. int + string
源代碼為：
Console.WriteLine(12 + "34");
生成的IL代碼為（省略無關部分）：
IL_000d: call string [mscorlib]System.String::Concat(object, object) IL_0012: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
3. int + string + int
源代碼為：
Console.WriteLine(12 + "3" + 45);
生成的IL為（省略無關部分）：
IL_0014: call string [mscorlib]System.String::Concat(object, object, object) IL_0019: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)

4. string + int + int + int
源代碼為：
Console.WriteLine("12" + 34 + 56 + 78);
生成的IL為（省略無關部分）：
IL_002f: call string [mscorlib]System.String::Concat(object[]) IL_0034: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
從編譯的情況能夠看出，每次執行 string 相關的加法都無比精準地調用了對應的 String.Concat 方法的某個重載實現，並且不是一個逐步執行的過程，而是一次性將所有」加數「一次性作為參數傳遞到該函數中。
於是疑問的地方在於，為什麼在沒有進行運算符重載（或者我沒發現？）的情況下編譯器知道執行 String.Concat 函數呢？以及為什麼編譯器能夠同時將表達式中的多個變數同時視為參數呢？以及如果需要對自己定義的一個類型實現這樣的操作應該怎麼做？
補充1：裝箱拆箱題主是知道的，只是因為問的是 "string + int" 的過程所以沒有手動調用 ToString() 。
補充2：真的調的是 Concat ... 不是 Contact ...

C#的string連接運算是語言規範里特別規定的，而不是一個普通的重載運算符，所以它的實現在C#編譯器里，而在string.cs源碼里就沒出現。

以Roslyn的C#編譯器實現為例來看點細節。

Roslyn的C#編譯器的結構和流程都挺常規的。源碼經過語法分析後轉換為AST的形式，然後做語義分析，最後做代碼生成。

語義分析中，開頭一步是分析每個符號的類型。對二元運算表達式來說，這就是要決定這個二元運算符的類型及其重載決議（overload resolution），在Microsoft.CodeAnalysis.CSharp.OverloadResolution.BinaryOperatorOverloadResolution()實現。

其中string與各種類型的+運算的類型從下面鏈接里的表查找出來：

roslyn/BinaryOperatorEasyOut.cs at master · dotnet/roslyn · GitHub

例如說，object與string做+的話，算出的運算符類型就是BinaryOperatorKind.StringAndObject。

經過這一步，C#編譯器就知道某個+運算是不是涉及字元串拼接的了。

然後有一步叫做Lowering，主要是把一些語法糖功能轉換為用更基礎的功能的AST節點代替——也就是解除語法糖。其中有一步是專門針對字元串拼接的，把原本的二元運算表達式節點轉換為合適的String.Concat()方法調用節點：

roslyn/LocalRewriter_StringConcat.cs at master · dotnet/roslyn · GitHub

經過這一步，AST里就不復存在涉及字元串拼接的+運算了，全部替換成String.Concat()調用。

最後到代碼生成時，代碼生成器根本不需要關心如何處理涉及字元串拼接的+運算，因為前面都已經統一轉換成方法調用了。

就這樣，說簡單也簡單，說麻煩吧要看具體實現細節也非常非常多…

簡單地說就是，這是編譯器的內置規則，是特例，沒辦法自己做到。

C# Language Specification 有明確定義（見 + Operator (C# Reference)）：

Binary + operators are
predefined for numeric and string types. For numeric types, + computes
the sum of its two operands. When one or both operands are of type
string, + concatenates the string representations of the operands.

C#新的編譯器自動幫你在發現必須用字元串的地方調用ToString了，不過並不是所有的地方

因為+被編譯器轉換成String.Contact(params object[])的調用了。34被裝箱成object。

BTW，更高效的寫法不該是

Console.WriteLine("12" + 34.ToString())

么，避免了一次裝箱。

先全部轉obj,然後調用tostring.

多簡單的方法。

你看不管是string 還是int類型，contact 都使用了object的形式參數，編譯器已經將他們都作為object類型的數據，再統一用Object.tostring的方法來做轉換，自然這個問題就解決了。