C#基础语法：可空类型详解

以下是system.nullable<t>在fcl中的定义。

[serializable, structlayout(layoutkind.sequential)]
public struct nullable<t> where t :struct
{
 private boolean hasvalue= false;
 internal t value= default(t);

public nullable(t value)
 {
this.value= value;
this.hasvalue= true;
 }

public boolean hasvalue {get {return hasvalue; } }

public t value
 {
get
  {
  if (!hasvalue)
    {
   throw new invalidoperationexception("nullable object must have a value.");
    }
   return value;
  }
 }

public t getvalueordefault() {return value; }
public t getvalueordefault(t defaultvalue)
 {
if(!hasvalue)return defaultvalue;
return value;
 }

public override boolean equals(object other)
 {
if(!hasvalue)return (other== null);
if(other== null)return false;
return value.equals(other);
 }

public override int gethashcode()
 {
if(!hasvalue)return 0;
return value.gethashcode();
 }

public override string tostring()
 {
if(!hasvalue)return "";
return value.tostring();
 }

public static implicit operator nullable<t>(t value)
 {
return new nullable<t>(value);
 }
}

可以看出 null 的类型的每个实例都具有两个公共的只读属性：

1.hasvalue

hasvalue 属于 bool 类型。当变量包含非 null 值时，它被设置为 true。

2.value

value 的类型与基础类型相同。如果 hasvalue 为 true，则说明 value 包含有意义的值。如果 hasvalue 为 false，则访问 value 将引发 invalidoperationexception。

那么我们怎么定义可空类型？

null 的类型可通过下面两种方式中的一种声明：

system.nullable<t> variable

- 或 -

t? variable

t 是可以为 null 的类型的基础类型。t 可以是包括 struct 在内的任何值类型；但不能是引用类型。

现在举一个例子，运用一下看看效果是不是一样。

console.writeline("========可空类型操作演示========\n");
      console.writeline("\n=========nullable<t>===========\n");
      nullable<int> x = 5;
      nullable<bool> y = false;
      nullable<double> z = 5.20;
      nullable<char> n = null;
      console.writeline("x.hasvalue={0},   x.value={1}",x.hasvalue,x.value);
      console.writeline("y.hasvalue={0},   y.value={1}", y.hasvalue, y.value);
      console.writeline("z.hasvalue={0},   z.value={1}", z.hasvalue, z.value);
      console.writeline("n.hasvalue={0},   n.value={1}",n.hasvalue, n.getvalueordefault());
      console.writeline("\n============== t? ============\n");
      int? x = 5;
      bool? y = false;
      double? z = 5.20;
      char? n = null;
      int?[] arr ={1,2,3,4,5};//一个可空类型的数组
      console.writeline("x.hasvalue={0},   x.value={1}", x.hasvalue,x.value);
      console.writeline("y.hasvalue={0},   y.value={1}", y.hasvalue, y.value);
      console.writeline("z.hasvalue={0},   z.value={1}", z.hasvalue, z.value);
      console.writeline("n.hasvalue={0},   n.value={1}", n.hasvalue, n.getvalueordefault());
      console.writeline("\n================================\n");
      console.readkey();

可空类型可强制转换为常规类型，方法是使用强制转换来显式转换或者通过使用 value 属性来转换。从普通类型到可以为 null 的类型的转换是隐式的。例如：

int? a = 5;//int--->int?
double? b = a; //int?---->double?
int? c = (int?)b;//double?---int?
int d = (int)c;//int?---->int  不能隐式转换例如int d=c;则不能编译
int? e = null;
int f = e.value;//可以编译但是会提示异常引发 invalidoperationexception

可空类型还可以使用预定义的一元和二元运算符（提升运算符），以及现有的任何用户定义的值类型运算符。如果操作数为 null，这些运算符将产生一个 null 值；否则运算符将使用包含的值来计算结果。例如：

int? a = 10;
int? b = null;
//一元操作符（+ ++  -- = - ! ~)
a++;        //a=11;
//二元操作符（+ - * / % & | ^ << >>) 
a *= 10;   //a=110;
//a = a + b;  //now a is null
//相等性操作符(== !=) 
if (b == null)
{
    b=b.getvalueordefault();
}
console.writeline(a.value);
a = a + b;
/*  if(a == null) ...  
* if(b == null) ...  
* if(a != b) ... */
//比较操作符 
if (a > b)
{
    console.writeline("a>b");
}

下面总结下c#如何对操作符的用法：
　　1. 一元操作符（+ ++ - -- ！ ~）。如果操作数为null，结果为null。

　　2. 二元操作符（+ - * / % | ^ << >>）。两个操作数中任何一个为null，结果为null。

　　3. 相等性操作符（== !=）。如果两个操作数都为null，两者相等。如果一个操作数为null，则两者不相等。如果两个操作数都不为null，就对值进行比较，判断它们是否相等。

　　4. 比较操作符（< > <= >=）。两个操作数中任何一个为null，结果为false。如果两个操作数都不为null，就对值进行比较。

至此我在对上面代码的a=a+b解释一下，它实际等价于：

a = a.hasvalue && b.hasvalue ? a.value + b.value : (int?)null;

在操纵可空实例时，会生成大量代码，如以下方法：

privatestaticint? nullablecodesize(int? a, int? b)
{
    return a + b;
}

编译这个方法时，编译器生成的il代码等价于以下的c#代码：

privatestatic nullable<int> nullablecodesize(nullable<int> a, nullable<int> b)
{
nullable<int> nullable1 = a;
nullable<int> nullable2 = b;
if(!(nullable1.hasvalue & nullable2.hasvalue))
returnnew nullable<int>();
else
returnnew nullable<int>(nullable1.getvalueordefault() + nullable2.getvalueordefault());
}

??运算

假如左边的操作数不为null，就返回这个操作数的值。如果左边的操作数为null，就返回右边的操作数的值。利用空接合操作符，可方便地设置变量的默认值。空接合操作符的一个好处在于，它既能用于引用类型，也能用于可空值类型。如下所示：

//===========可空类型=========
int? b =null;
int a = b ??520;
等价于：

//a = b.hasvalue ? b.value : 520
console.writeline(x); //print:"520"
//===========引用类型=========
string s = getstringvalue();
string s= s ??"unspecified";

等价于：

//string s = getstringvalue();
//filename = (s != null) ? s : "unspecified";

装箱和拆箱转换

　　 假定有一个nullable<int>变量，它被逻辑上设为null。假如将这个变量传给一个方法，而该方法期望的是一个object，那么必须对这个变量执行装箱，并将对已装箱的nullable<int>的一个引用传给方法。但并不是一个理想的结果，因为方法现在是作为一个非空的值传递的，即使nullable<int>变量逻辑上包含null值。为解决这个问题，clr会在对一个可空变量装箱的时候执行一些特殊代码，以维护可空类型在表面上的合法地位。

具体地说，当clr对一个nullable<t>实例进行装箱时，它会检查它是否为null。如果是，clr实际就不进行任何装箱操作，并会返回null值。如果可空实例不为null，clr就从可空实例中取出值，并对其进行装箱。也就是说，一个值为5的nullable<int>会装箱成值为5的一个已装箱int32。如下所示：

//对nullable<t>进行装箱，要么返回null，要么返回一个已装箱的t
int? n =null;
object o = n; //o为null
console.writeline("o is null={0}", o ==null); //"true"

n =5;
o = n; //o引用一个已装箱的int
console.writeline("o's type={0}", o.gettype()); //"system.int32"

clr允许将一个已装箱的值类型t拆箱为一个t，或者一个nullable<t>。假如对已装箱值类型的引用是null，而且要把它拆箱为nullable<t>，那么clr会将nullable<t>的值设为null。以下代码对这个行为进行了演示：

//创建一个已装箱的int
object o =5;

//把它拆箱为一个nullable<int>和一个int
int? a = (int?)o; //a=5
int b = (int)o; //b=5

//创建初始化为null的一个引用
o =null;

//把它“拆箱”为一个nullable<int>和一个int
a = (int?)o; //a=null;
b = (int)0; //抛出nullreferenceexception

将一个值类型拆箱为值类型的一个可空的版本时，clr可能必须分配内存。这是极其特殊的一个行为，因为在其他所有情况下，拆箱永远不会导致内存的分配。原因在于一个已装箱的值类型不能简单的拆箱为值类型的可空版本，在已装箱的值类型中并不包含 hasvalue字段，故在拆箱时clr必须分配一个nullable< t>对象，以初始化hasvalue = true ,value = 值类型值。
调用接口方法

　　下面的代码中，将一个nullable<int>类型的变量n转型为一个icomparable<int>，也就是一个接口类型。然而，nullable<t>不像int那样实现了icomparable<int>接口。c#编译器允许这样的代码通过编译，且clr的校验器会认为这样的代码是可验证的，从而允许我们使用这种更简洁的语法：

int? n =5;
int result = ((icomparable)n).compareto(5); //能顺利编译和运行
console.writeline(result);

　　如果clr没有提供这一特殊支持，那就必须对已拆箱的值类型进行转型，然后才能转型成接口以发出调用：

int result = ((icomparable)(int)n).compareto(5);

可以使用 c# typeof 运算符来创建表示可以为 null 的类型的 type 对象：

system.type type = typeof(int?);

还可以使用 system.reflection 命名空间的类和方法来生成表示可以为 null 的类型的 type 对象。但是，如果您试图使用 gettype 方法或 is 运算符在运行时获得可以为 null 的类型变量的类型信息，得到的结果是表示基础类型而不是可以为 null 的类型本身的 type 对象。

如果对可以为 null 的类型调用 gettype，则在该类型被隐式转换为 object 时将执行装箱操作。因此，gettype 总是返回表示基础类型而不是可以为 null 的类型的 type 对象。