.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。

以上就是本文的全部内容，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，同时也希望多多支持！