深入解析C#笔记 C# 2 可空值类型

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一、背景

对于引用类型，C#语言已经提供了表示信息缺失的方法：null应用。但是对于值类型，C# 1中并没有相对应的表示空值的方法，于是在当时，较为普遍的做法是：

当数据缺失时，采用预设值，例如decimal.MaxValue

单独维护一个布尔型的标志来表示其他字段是实际值还是默认值。这样在访问字段前检查该标志，即可知道该字段当前值是否有效

上述两种方法都不太理想。第一种方式可能压缩了有效值的范围，而第二种方式可能导致很多冗余和逻辑重复。

鉴于上述这种情景，在C# 2中，可空值类型应运而生。可空值类型可以说封装了前面第二种方式：为每个值类型维护了一个额外的标志，用该标志来指示当前值是否可用。

二、可空值类型Nullable

2.1 Nullable<T>结构体

可空值类型特性背后的核心要素是Nullable<T>结构体。Nullable<T>的一个早期版本如下所示：

以上代码显示：该结构体声明了唯一的构造器，并将hasValue的初始值设为true，该结构体类型还隐含了一个无参构造器（结构体类型的共性）。无参构造器会将hasValue的初始值设为false，将value的初始值设为T类型的默认值

以下类型是非法的：

Nullable<string>

string类型是引用类型

Nullable<int[]>

数组是引用类型，与内部元素是否是值类型无关

Nullable<ValueType>

ValueType本身并不是值类型

Nullable<Enum>

Enum本身也不是值类型

Nullable<Nullable<int>>

Nullable<int>是可空类型本身

Nullable<Nullable<Nullable<int>>>

将可空类型嵌套也没有用

📕 另外，Nullable<T>结构体还提供了如下一些方法和运算符：

无参数的GetValueOrDefault()方法负责返回结构体中的值，如果HasValue是false，则返回默认值

带参数的GetValueOrDefault(T defaultValue) 方法同样负责返回结构体中的值，如果HasValue是false，则返回由实参指定的默认值

Nullable<T>重写了object类的Equals(object)和GetHashCode()方法，使其行为更加明确：首先比较HasValue属性；当两个比较对象的HasValue均为true时，再比较Value属性是否相等

可以执行从T到Nullable<T>的隐式类型转换。该转换总是会返回对应的可空值，并且HasValue为true。该隐式转换等同于调用带参数的构造器

可以执行从Nullable<T>到T的显式类型转换。当HasValue为true时返回封装于其中的值，当HasValue为false时则抛出InvalidOperationException。该转换等同于使用Value属性

2.2 装箱行为

当涉及装箱行为时，可空值类型和非可空值类型的行为有所不同。

当非可空值类型被装箱时，返回结果的类型就是原始的装箱类型，例如：

在C#中，“装箱int”和int之间的区别通常是不可见的：如果执行o.GetType()，返回的Type值会和typeof(int)的结果相同。

然而，可空值类型并没有直接对等的装箱类型。Nullable<T>类型的值进行装箱后的结果，视HasValue属性的值而定：

如果HasValue为false，那么结果是一个null引用

如果HasValue为true，那么结果是“装箱T”对象的引用

以上方法是理想的装箱行为，但是有一个奇怪的副作用：System.Object中声明的GetType()方法为非虚方法（不能重写），对某个值类型调用GetType()方法时总会先触发一次装箱操作。如果对可空值类型调用GetType()，要么会引发NullReferenceException，要么会返回对应的非可空值类型。

2.3 语言层面支持

? 后缀

Nullable<T>类型有一个简化版的写法，就是在类型名后添加?后缀。下面4个声明完全等价：

上面4中写法产生的IL代码没有任何区别。

null字面量

在C# 2中，null的含义得到了扩展：表示一个null引用，或者表示一个HasValue为false的可空类型的值。null引用和可空值类型不容易辨明，例如下面两行代码是等价的：

转换

前面讲过，存在从T到Nullable<T>的隐式类型转换，以及从Nullable<T>到T的显示类型转换。此外，C#语言还允许链式转换。对于任意两个非可空的值类型S和T，如果存在从S到T的类型转换，那么以下类型转换都是合法的：

Nullable<S>到Nullable<T>的类型转换

S到Nullable<T>的类型转换

Nullable<S>到T的显示类型转换

as运算符与可空值类型

在C# 2中，as运算符也可以用于可空值类型了。该运算符的返回值为一个可空类型的值：当原始引用的类型为null或目标类型不匹配时，返回null值。否则返回一个有意义的值，示例如下：

使用as运算符，只需一步操作就能把任意引用安全的转换成一个值。对于目标结果是Nullable<T>类型的表达式来说，as是很方便的运算符。

💡

对可空类型使用as运算符，性能出奇地底。大部分情况下，这不算太大的问题，但是依然比先用is运算符判断类型，然后进行强制类型转换性能低。

空合并运算符 ??

📕

在实际编码中，总会有使用可空值类型的需求：当一个表达式运算结果为null时，为变量提供一个默认值。C# 2引入了 ?? 运算符来解决上述问题，称为空合并运算符。

?? 是一个二元运算符，first ?? second 表达式的计算分为以下几个步骤：

计算first表达式；

若结果不为null，则整个表达式的结果等于first的计算结果；

若结果为空，则继续计算second表达式，整个表达式的结果为second的计算结果

👉 上述规则中有一个重点需要强调：如果第1个操作数的类型是可空值类型，同时第2个操作数是第1个操作数对应的非可空值类型，整个表达式的类型就是该非可空值类型，例如以下代码是合法的：

这样的赋值之所以合法，是因为b是非可空的，所以整个表达式的返回值将不可能为null。另外，??表达式还可以自由组合使用，例如x ? y ?? z，如果x为空就计算y；如果x和y都为空，就计算z。

C# 6引用了空值条件运算符?. ，该运算符便利了作为表达式结果的空值处理。在代码中把?.和??运算符组合使用，可以发挥处理空值的强大作用。