这是由于溢出和携带。

如果您将两个8位数字相加，它们可能会溢出到第9位。

例子:

  1111 1111
+ 0000 0001
-----------
1 0000 0000

我不确定，但我假设int型、long型和double型被赋予了更多的空间，因为它们确实相当大。此外，它们是4的倍数，这对计算机来说更有效，因为内部数据总线的宽度是4字节或32位(64位现在越来越普遍)宽。Byte和short的效率稍低，但它们可以节省空间。

我想我以前在什么地方见过这个。从这篇文章，旧的新事物:

假设我们生活在一个幻想的世界 对'byte'的操作导致了什么 “字节”。

byte b = 32;
byte c = 240;
int i = b + c; // what is i?

在这个幻想世界里，i的值 应该是16岁!为什么?因为这两个 +操作符的操作数都是 字节，因此“b+c”的和计算为 一个字节，由于 整数溢出。(而且，正如我所指出的 之前，整数溢出是新的 安全攻击向量。)

编辑:Raymond实质上是在捍卫C和c++最初采用的方法。在评论中，他从语言向后兼容的角度为c#采用了相同的方法进行了辩护。

我认为这是一个关于哪种操作更常见的设计决策……如果byte+byte = byte，可能更多的人会被强制转换为int类型的结果所困扰。

我怀疑c#实际上是在调用int上定义的运算符+(它返回一个int，除非你在一个检查块中)，并隐式地将你的bytes/shorts都转换为int。这就是为什么行为看起来不一致。

我记得曾经读过Jon Skeet(现在找不到了，我会继续找)关于字节如何实际上不会重载+操作符的内容。事实上，当像您的示例中那样添加两个字节时，每个字节实际上都被隐式转换为int。其结果显然是一个整型。至于为什么要这样设计，我将等待乔恩·斯基特自己发布:)

编辑:找到了!这里有关于这个话题的很棒的信息。

没有为字节定义加法。所以它们被转换为int类型进行加法运算。对于大多数数学运算和字节来说都是如此。(请注意，这是在旧语言中使用的方式，我假设它在今天仍然适用)。

This was probably a practical decision on the part of the language designers. After all, an int is an Int32, a 32-bit signed integer. Whenever you do an integer operation on a type smaller than int, it's going to be converted to a 32 bit signed int by most any 32 bit CPU anyway. That, combined with the likelihood of overflowing small integers, probably sealed the deal. It saves you from the chore of continuously checking for over/under-flow, and when the final result of an expression on bytes would be in range, despite the fact that at some intermediate stage it would be out of range, you get a correct result.

另一种想法是:必须模拟这些类型上的溢出/欠流，因为它不会自然地发生在最可能的目标cpu上。何苦呢?

就“为什么会发生这种情况”而言，这是因为正如其他人所说的那样，c#中没有为byte、sbyte、short或ushort的算术定义任何操作符。这个答案是关于为什么没有定义这些操作符。

我相信这主要是为了性能。处理器具有本地操作，可以非常快速地处理32位的算术。可以自动地将结果转换回字节，但如果您不希望发生这种行为，则会导致性能损失。

我认为这在一个带注释的c#标准中提到过。看……

编辑:令人恼火的是，我现在已经查看了带注释的ECMA c# 2规范、带注释的MS c# 3规范和注释的CLI规范，但据我所知，它们都没有提到这一点。我相信我已经看到了上面给出的理由，但如果我知道在哪里，我就被吹了。对不起，参考粉丝们:(

根据c#语言规范1.6.7.5 7.2.6.2二进制数值提升，如果不能将操作数归入其他类别，则将两个操作数都转换为int。我的猜测是，他们没有重载+操作符以将字节作为参数，但希望它的行为有点正常，所以他们只是使用int数据类型。

c#语言规范

代码片段的第三行:

byte z = x + y;

实际上意味着

byte z = (int) x + (int) y;

因此，对字节没有+操作，字节首先被转换为整数，两个整数相加的结果是一个(32位)整数。

在添加字节和将结果截断回字节时显示一些低效的答案是不正确的。X86处理器有专门为8位数的整数运算而设计的指令。

事实上，对于x86/64处理器，执行32位或16位操作的效率低于64位或8位操作，因为必须对操作数前缀字节进行解码。在32位机器上，执行16位操作需要同样的代价，但是仍然有专门的8位操作的操作码。

许多RISC架构都有类似的本地字/字节高效指令。那些通常没有存储并转换为某个比特长度的signed值的类型。

换句话说，这个决定必须基于对字节类型用途的感知，而不是由于硬件的底层低效率。

C#

ECMA-334指出，只有在int+int、uint+uint、long+long和ulong+ulong (ECMA-334 14.7.4)上，加法才被定义为合法。因此，这些是关于14.4.2需要考虑的候选操作。由于存在从byte到int、uint、long和ulong的隐式强制转换，所有加法函数成员都是14.4.2.1下适用的函数成员。我们必须根据14.4.2.3中的规则找到最佳隐式转换:

将(C1)转换为int(T1)比将(C2)转换为uint(T2)或ulong(T2)更好，因为:

如果T1是int, T2是uint或ulong, C1是更好的转换。

将(C1)转换为int(T1)比将(C2)转换为long(T2)更好，因为从int转换为long存在隐式转换:

如果存在从T1到T2的隐式转换，且不存在从T2到T1的隐式转换，则C1是更好的转换。

因此使用int+int函数，该函数返回int型。

可以说它深埋在c#规范中。

CLI

CLI只对6种类型(int32、native int、int64、F、O和&)起作用。(ECMA-335分区3节1.5)

Byte (int8)不是这些类型之一，在添加之前会自动强制转换为int32。(ECMA-335分区3节1.6)

除了所有其他伟大的评论，我想我要添加一个小花絮。很多评论都想知道为什么int、long和几乎任何其他数字类型都不遵循这个规则…返回一个“更大”的类型以响应算术。

A lot of answers have had to do with performance (well, 32bits is faster than 8bits). In reality, an 8bit number is still a 32bit number to a 32bit CPU....even if you add two bytes, the chunk of data the cpu operates on is going to be 32bits regardless...so adding ints is not going to be any "faster" than adding two bytes...its all the same to the cpu. NOW, adding two ints WILL be faster than adding two longs on a 32bit processor, because adding two longs requires more microops since you're working with numbers wider than the processors word.

I think the fundamental reason for causing byte arithmetic to result in ints is pretty clear and straight forward: 8bits just doesn't go very far! :D With 8 bits, you have an unsigned range of 0-255. That's not a whole lot of room to work with...the likelyhood that you are going to run into a bytes limitations is VERY high when using them in arithmetic. However, the chance that you're going to run out of bits when working with ints, or longs, or doubles, etc. is significantly lower...low enough that we very rarely encounter the need for more.

从字节到int的自动转换是合乎逻辑的，因为字节的规模是如此之小。从整型到长型，从浮点数到双精度浮点数等自动转换是不符合逻辑的，因为这些数字具有显著的比例。

这是我对这个话题的大部分回答，首先是针对这里的一个类似问题。

默认情况下，所有小于Int32的整数运算在计算前四舍五入到32位。结果为Int32的原因仅仅是让它在计算后保持原样。如果检查MSIL算术操作码，它们操作的唯一整型数字类型是Int32和Int64。这是“故意的”。

如果您希望结果以Int16格式返回，则在代码中执行强制转换或编译器(假设)在“底层”发出转换都无关紧要。

例如，要执行Int16算术:

short a = 2, b = 3;

short c = (short) (a + b);

这两个数字将扩展为32位，然后相加，然后截短为16位，这是MS所希望的。

使用短(或字节)的优势主要是在有大量数据(图形数据、流等)的情况下存储。

从.NET框架代码:

// bytes
private static object AddByte(byte Left, byte Right)
{
    short num = (short) (Left + Right);
    if (num > 0xff)
    {
        return num;
    }
    return (byte) num;
}

// shorts (int16)
private static object AddInt16(short Left, short Right)
{
    int num = Left + Right;
    if ((num <= 0x7fff) && (num >= -32768))
    {
        return (short) num;
    }
    return num;
}

使用。net 3.5及以上版本进行简化:

public static class Extensions 
{
    public static byte Add(this byte a, byte b)
    {
        return (byte)(a + b);
    }
}

现在你可以做:

byte a = 1, b = 2, c;
c = a.Add(b);

我已经测试了字节和int之间的性能。 int值:

class Program
{
    private int a,b,c,d,e,f;

    public Program()
    {
        a = 1;
        b = 2;
        c = (a + b);
        d = (a - b);
        e = (b / a);
        f = (c * b);
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        int max = 10000000;
        DateTime start = DateTime.Now;
        Program[] tab = new Program[max];

        for (int i = 0; i < max; i++)
        {
            tab[i] = new Program();
        }
        DateTime stop = DateTime.Now;

        Debug.WriteLine(stop.Subtract(start).TotalSeconds);
    }
}

使用字节值:

class Program
{
    private byte a,b,c,d,e,f;

    public Program()
    {
        a = 1;
        b = 2;
        c = (byte)(a + b);
        d = (byte)(a - b);
        e = (byte)(b / a);
        f = (byte)(c * b);
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        int max = 10000000;
        DateTime start = DateTime.Now;
        Program[] tab = new Program[max];

        for (int i = 0; i < max; i++)
        {
            tab[i] = new Program();
        }
        DateTime stop = DateTime.Now;

        Debug.WriteLine(stop.Subtract(start).TotalSeconds);
    }
}

结果如下: 字节:3.57s 157mo, 3.71s 171mo, 3.74s 168mo, CPU ~= 30% int: 4.05s 298mo, 3.92s 278mo, 4.28 294mo with CPU ~= 27% 结论: 字节使用更多的CPU，但它消耗更少的内存，它更快(可能是因为有更少的字节分配)