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：

代码如下:

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：

代码如下:

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：

代码如下:

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：

代码如下:

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：

代码如下:

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：

代码如下:

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：

代码如下:

//===========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：

代码如下:

//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：

代码如下:

//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：

代码如下:

//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：

代码如下:

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：

代码如下:

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：

代码如下:

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。