.NET中可空值类型【Nullable】实现原理
为了让.net中的值类型可以赋值为null,微软特地添加了nullable<t>类型,也可简写为t?。但是nullable<t>自身是结构体,也是值类型,那么它是如何实现将null赋值给值类型的呢?
下面通过自定义一个可空值类型来讲解nullable<t>的实现原理。
自定义可空值类型
struct xfhnullable<t> where t : struct { private t innervalue; //这个属性很重要 public bool hasvalue { set; get; } public t value { get { return hasvalue ? innervalue: throw new invalidoperationexception(); } } public xfhnullable(t value) { this.innervalue= value; hasvalue = true; } public t getvalueordefault(t value) { return hasvalue ? this.innervalue: value; } public t getvalueordefault() { return this.innervalue; } }
一个可空值类型的结构体大致功能已经定义好了,下面我们来创建可空值类型的实例来验证下。
using static system.console; class program { static void main() { //使用结构体默认的无参构造函数进行实例化 xfhnullable<int> num = new xfhnullable<int>(); writeline(num.hasvalue); writeline(null_num.getvalueordefault()); } }
可以看到,变量num并不含有值,调用getvalueordefault()则会获取它的默认值 0;
这时我们将null赋值给变量num会发现编译器报错cannot convert null to 'xfhnullable<int>' because it is a non-nullable value type这是因为编译器把我们定义的结构体xfhnullable<t>看作是普通值类型而非可空值类型,所以我们还要添加可空值类型和xfhnullable<t>之间的转换功能。
public static implicit operator xfhnullable<t>(t? nullabelvalue) { if (nullabelvalue== null) { return new xfhnullable<t>(); } return new xfhnullable<t>(nullabelvalue.value); }
上面的代码实现了可空值类型向xfhnullable<t>的隐式转换,添加上面代码之后发现编译器不再报错。xfhnullable<t>已经成为一个可为null的值类型。
static void main() { xfhnullable<int> null_num = null; writeline(null_num.hasvalue); }
xfhnullable<t>中的属性hasvalue的作用就是标记当前类型是否为null,若是则返回false,否则返回true。当hasvalue为false时调用该类型的value属性则会抛出异常invalidoperationexception。但可调用getvalueordefault()方法来获取类型的默认值。
nullable<t>类型可以通过运算符==来判断值是否为null,我们也可以通过运算符重载来实现该功能:
public static bool operator ==(xfhnullable<t> cn, object obj) { if (cn.hasvalue) { return false; } return true; } public static bool operator !=(xfhnullable<t> cn, object obj) { return !(cn == obj); }
static void main() { xfhnullable<int> null_num = null; writeline(null_num == null); }
接下来,我们来实现普通值类型和xfhnullable<t>之间的转换:
public static implicit operator xfhnullable<t>(t value) { return new xfhnullable<t>(value); } public static explicit operator t(xfhnullable<t> value) { return value.innervalue; }
static void main() { xfhnullable<int> null_num = null; null_num = 12;//int类型隐式转换为xfhnullable<int>类型 writeline(null_num == null); writeline(null_num.value); int i = (int)null_num;//xfhnullable<int>类型强制转换为int类型 writeline(i); }
获取实例在运行时的类型:
static void main() { xfhnullable<int> null_num = 12; writeline(null_num.gettype()); }
这个返回值不大友好,我们希望这里返回内置的值类型,system.int32,具体实现代码如下:
//因为object类中的gettype方法不允许子类重写(避免子类隐藏自己的实际类型) //所以这里使用关键字new来隐藏object类中的gettype方法 public new type gettype() { return innervalue.gettype(); }
结论:没有可为空的值类型
至此,我们已经自定义了一个可为空的值类型xfhnullable<t>,通过以上代码,我们不难发现所谓可为空的值类型是不存在的,它是通过属性hasvalue来对null值进行标记的,其内部通过字段innervalue(该字段对应nullable<t>中的value字段)来维护该类型的值,若被赋值为null则innervalue初始化为值类型的初始值。换句话说,nullable<t>只是在逻辑层面上实现了把null赋值给值类型,给我们一种值类型可为null的感觉。
最后说下可空值类型的装箱与拆箱。
clr在对nullable<t>实例执行装箱操作时首先检查它是否为null,若是则clr不装箱任何东西而是直接返回null;若实例的值不是null则获取该实例的值(value属性)并对这个值进行装箱操作。
拆箱时,对于null则返回一个nullable<t>()实例,对于一个具体的数值,如5,则返回nullable<t>(5)实例。
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