細說Nullable類型

目錄
一、簡介
二、語法和用法
三、類型的轉換和運算
四、裝箱與拆箱
五、GetType方法
六、ToString方法
七、System.Nullable幫助類
八、語法糖

一、簡介

眾所周知，值類型變數不能null，這也是為什麼它們被稱為值類型。但是，在實際的開發過程中，也需要值為null的一些場景。例如以下場景：

場景1：您從資料庫表中檢索可空的整數數據列，資料庫中的null值沒有辦法將此值分配給C#中Int32類型；

場景2：您在UI綁定屬性，但是某些值類型的欄位不是必須錄入的（例如在人員管理中的死亡日期）；

場景3：在Java中，java.Util.Date是一個引用類型，因此可以將此類型的欄位設置為null。但是，在CLR中，System.DateTime是一個值類型，DateTime 變數不能null。如果使用Java編寫的應用程序要將日期/時間傳達給在CLR上運行的Web服務，如果Java應用程序發送是null， CLR中沒有供對應的類型；

場景4：在函數中傳遞值類型時，如果參數的值無法提供並且不想傳遞，可以使用默認值。但有時默認值並不是最佳的選擇，因為默認值實際也傳遞了一個默認的參數值，邏輯需要特殊的處理；

場景5：當從xml或json反序列化數據時，數據源中缺少某個值類型屬性的值，這種情況很不方便處理。

當然，我們日常工作中還有很多類似的情況。

為了擺脫這些情況，Microsoft在CLR中增加了可為空值類型的概念。為了更清楚理解這一點，我們看一下System.Nullable類型的邏輯定義：

1 namespace System
2 {
3 [Serializable]
4 public struct Nullable where T : struct
5 {
6 private bool hasValue;
7 internal T value;
8
9 public Nullable(T value) {
10 this.value = value;
11 this.hasValue = true;
12 }
13
14 public bool HasValue {
15 get {
16 return hasValue;
17 }
18 }
19
20 public T Value {
21 get {
22 if (!HasValue) {
23 ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_NoValue);
24 }
25 return value;
26 }
27 }
28
29 public T GetValueOrDefault {
30 return value;
31 }
32
33 public T GetValueOrDefault(T defaultValue) {
34 return HasValue ? value : defaultValue;
35 }
36
37 public override bool Equals(object other) {
38 if (!HasValue) return other == null;
39 if (other == null) return false;
40 return value.Equals(other);
41 }
42
43 public override int GetHashCode {
44 return HasValue ? value.GetHashCode : 0;
45 }
46
47 public override string ToString {
48 return HasValue ? value.ToString : "";
49 }
50
51 public static implicit operator Nullable(T value) {
52 return new Nullable(value);
53 }
54
55 public static explicit operator T(Nullable value) {
56 return value.Value;
57 }
58 }
59 }

查看Nullable的定義

從上面的定義可以總結如下幾點：

• Nullable 類型也是一個值類型；
• Nullable 類型包含一個Value屬性用於表示基礎值，還包括一個Boolean類型的HasValue屬性用於表示該值是否為null；
• Nullable 是一個輕量級的值類型。Nullable類型的實例佔用內存的大小等於一個值類型與一個Boolean類型佔用內存大小之和；
• Nullable 的泛型參數T必須是值類型。您只能將Nullable類型與值類型結合使用，您也可以使用用戶定義的值類型。

二、語法和用法

使用Nullable類型，只需指定一個其它值類型的泛型參數T。

示例：

1 Nullable i = 1;
2 Nullable j = null;
3 Nullable> k; //這是一個錯誤語法，編譯會報錯。

CLR還提供了一種簡寫的方式。

1 int? i = 1;
2 int? j = null;

可以通過 Value 屬性來獲取基礎類型的值。如下所示，如果不為null，則將返回實際的值，否則將拋出InvalidOperationException異常；您可以在調用Value屬性的時，需要檢查是否為null。

1 Nullable i = 1;
2 Nullable j = null;
3
4 Console.WriteLine(i.HasValue);
5 //輸出結果：True
6
7 Console.WriteLine(i.Value);
8 //輸出結果：1
9
10 Console.WriteLine(j.HasValue);
11 //輸出結果：False
12
13 Console.WriteLine(j.Value);
14 //拋異常： System.InvalidOperationException

三、類型的轉換和運算

C#還支持簡單的語法來使用Nullable類型。它還支持Nullable實例的隱式轉換和轉換。如下示例演示：

1 // 從System.Int32隱式轉換為Nullable
2 int? i = 5;
3
4 // 從"null"隱式轉換為Nullable
5 int? j = null;
6
7 // 從Nullable到Int32的顯式轉換
8 int k = (int)i;
9
10 // 基礎類型之間的轉換
11 Double? x = 5; // 從Int到Nullable 的隱式轉換
12 Double? y = j; // 從Nullable 隱式轉換Nullable

對Nullable 類型使用操作符，與包含的基礎類型使用方法相同。

• 一元運算符（++、--、 - 等），如果Nullable類型值是null時，返回null；
• 二元運算符（+、-、*、/、％、^等）任何操作數是null，返回null；
• 對於==運算符，如果兩個操作數都是null，則表達式計算結果為true，如果任何一個操作數是null，則表達式計算結果為false；如果兩者都不為null，它照常比較。
• 對於關係運算符（>、<、>=、<=），如果任何一個操作數是null，則運算結果是false，如果操作數都不為null，則比較該值。

見下面的例子：

1 int? i = 5;
2 int? j = null;
3
4 // 一元運算符
5 i++; // i = 6
6 j = -j; // j = null
7
8 // 二元運算符
9 i = i + 3; // i = 9
10 j = j * 3; // j = null;
11
12 // 等號運算符（==、!=）
13 var r = i == null; //r = false
14 r = j == null; //r = true
15 r = i != j; //r = true
16
17 // 比較運算符（<、>、<=、>=）
18 r = i > j; //r = false
19
20 i = null;
21 r = i >= j; //r = false，注意，i=null、j=null，但是>=返回的結果是false

Nullable也可以像引用類型一樣，支持三元操作符。

1 // 如果僱員的年齡返回null（出生日期可能未輸入），請設置值0.
2 int age = employee.Age ?? 0;
3
4 // 在聚合函數中使用三元操作符。
5 int? numbers = {};
6 int total = numbers.Sum ?? 0;

四、裝箱與拆箱

我們已經知道了Nullable是一個值類型，現在我們再來聊一聊它的裝箱與拆箱。

CLR採用一個特殊的規則來處理Nullable類型的裝箱與拆箱。當一個Nullable類型的實例裝箱時，CLR會檢查實例的HasValue屬性：如果是true，則將實例Value屬性的值進行裝箱後返回結果；如果返回false，則直接返回null，不做任何的處理。

在拆箱處理時，與裝箱處反。CLR會檢查拆箱的對象是否為null，如果是直接創建一個新的實例 new Nullable，如果不為null，則將對象拆箱為類型T，然後創建一個新實例 new Nullable(t)。

1 int? n = null;
2 object o = n; //不會進行裝箱操作，直接返回null值
3
4 Console.WriteLine("o is null = {0}", object.ReferenceEquals(o, null));
5 //輸出結果：o is null = True
6
7
8 n = 5;
9 o = n; //o引用一個已裝箱的Int32
10
11 Console.WriteLine("o"s type = {0}", o.GetType);
12 //輸出結果：o"s type = System.Int32
13
14 o = 5;
15
16 //將Int32類型拆箱為Nullable類型
17 int? a = (Int32?)o; // a = 5
18 //將Int32類型拆箱為Int32類型
19 int b = (Int32)o; // b = 5
20
21 // 創建一個初始化為null
22 o = null;
23 // 將null變為Nullable類型
24 a = (Int32?)o; // a = null
25 b = (Int32)o; // 拋出異常：NullReferenceException

五、GetType方法

當調用Nullable類型的GetType方法時，CLR實際返回類型的是泛型參數的類型。因此，您可能無法區分Nullable實例上是一個Int32類型還是Nullable。見下面的例子：

1 int? i = 10;
2 Console.WriteLine(i.GetType);
3 //輸出結果是：System.Int32
4
5 i = null;
6 Console.WriteLine(i.GetType); //NullReferenceException

原因分析：

這是因為調用GetType方法時，已經將當前實例進行了裝箱，根據上一部分裝箱與拆箱的內容，這裡實際上調用的是Int32類型的GetType方法。

調用值類型的GetType方法時，均會產生裝箱，關於這一點大家可以自己去驗證。

當調用Nullable類型的ToString方法時，如果HasValue屬性的值為false，則返回String.Empty，如果該屬性的值為true，則調用的邏輯是Value.ToString。 見下面的例子：

1 int? i = 10;
2 Console.WriteLine(i.ToString);
3 //輸出結果：10
4
5 i = null;
6 Console.WriteLine(i.ToString == string.Empty);
7 //輸出結果：True

七、System.Nullable幫助類

微軟還提供一個同名System.Nullable的靜態類，包括三個方法：

1 public static class Nullable
2 {
3 //返回指定的可空類型的基礎類型參數。
4 public static Type GetUnderlyingType(Type nullableType);
5
6 //比較兩個相對值 System.Nullable 對象。
7 public static int Compare(T? n1, T? n2) where T : struct
8
9 //指示兩個指定 System.Nullable 對象是否相等。
10 public static bool Equals(T? n1, T? n2) where T : struct
11 }

在這裡面我們重點說明一下GetUnderlyingType(Type nullableType)方法，另外兩個方法是用來比較值的，大家可以自己研究。

GetUnderlyingType(Type nullableType)方法是用來返回一個可為空類型的基礎類型，如果nullableType參數不是一個封閉的Nullable泛型，則反回null。

1 Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(Nullable)));
2 //輸出結果：System.Int32
3
4 Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(Nullable<>)) == null);
5 //輸出結果：True
6
7 Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(int)) == null);
8 //輸出結果：True
9
10 Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(string)) == null);
11 //輸出結果：True

八、語法糖

微軟對Nullable提供了豐富的語法糖來減少開發員的工作量，下面是我想到供您參考。

參考：

• https://www.codeproject.com/Articles/11854/C-Nullable-Types
• https://www.codeproject.com/Articles/275471/Nullable-Types-in-Csharp-Net
• https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/nullable-types/using-nullable-types
• https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/nullable-types/index

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