可空类型Nullable用法详解
一、简介
众所周知，值类型变量不能null，这也是为什么它们被称为值类型。但是，在实际的开发过程中，也需要值为null的一些场景。例如以下场景：
场景1：您从数据库表中检索可空的整数数据列，数据库中的null值没有办法将此值分配给C#中Int32类型；
场景2：您在UI绑定属性，但是某些值类型的字段不是必须录入的（例如在人员管理中的死亡日期）；
场景3：在Java中，java.Util.Date是一个引用类型，因此可以将此类型的字段设置为null。但是，在CLR中，System.DateTime是一个值类型，DateTime 变量不能null。如果使用Java编写的应用程序要将日期/时间传达给在CLR上运行的Web服务，如果Java应用程序发送是null， CLR中没有供对应的类型；
场景4：在函数中传递值类型时，如果参数的值无法提供并且不想传递，可以使用默认值。但有时默认值并不是最佳的选择，因为默认值实际也传递了一个默认的参数值，逻辑需要特殊的处理；
场景5：当从xml或json反序列化数据时，数据源中缺少某个值类型属性的值，这种情况很不方便处理。
当然，我们日常工作中还有很多类似的情况。
为了摆脱这些情况，Microsoft在CLR中增加了可为空值类型的概念。为了更清楚理解这一点，我们看一下System.Nullable<T>类型的逻辑定义：
namespace System
{
[Serializable]
public struct Nullable<T> where T : struct
{
private bool hasValue;
internal T value;
public Nullable(T value) {
this.value = value;
this.hasValue = true;
}
public bool HasValue {
get {
return hasValue;
}
}
public T Value {
get {
if (!HasValue) {
ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_NoValue);
}
return value;
}
}
public T GetValueOrDefault() {
return value;
}
public T GetValueOrDefault(T defaultValue) {
return HasValue ? value : defaultValue;
}
public override bool Equals(object other) {
if (!HasValue) return other == null;
if (other == null) return false;
return value.Equals(other);
}
public override int GetHashCode() {
return HasValue ? value.GetHashCode() : 0;
}
public override string ToString() {
return HasValue ? value.ToString() : "";
}
public static implicit operator Nullable<T>(T value) {
return new Nullable<T>(value);
}
public static explicit operator T(Nullable<T> value) {
return value.Value;
}
}
}
从上面的定义可以总结如下几点：
- Nullable<T> 类型也是一个值类型；
- Nullable<T> 类型包含一个Value属性用于表示基础值，还包括一个
Boolean类型的HasValue属性用于表示该值是否为null； - Nullable<T> 是一个轻量级的值类型。Nullable<T>类型的实例占用内存的大小等于一个值类型与一个
Boolean类型占用内存大小之和； - Nullable<T> 的泛型参数T必须是值类型。您只能将Nullable<T>类型与值类型结合使用，您也可以使用用户定义的值类型。
二、语法和用法
使用Nullable<T>类型，只需指定一个其它值类型的泛型参数T。
示例：
Nullable<int> i = 1;
Nullable<int> j = null;
Nullable<Nullable<int>> k; //这是一个错误语法，编译会报错。
CLR还提供了一种简写的方式。
int? i = 1;
int? j = null;
可以通过 Value 属性来获取基础类型的值。如下所示，如果不为null，则将返回实际的值，否则将抛出InvalidOperationException异常；您可以在调用Value属性的时，需要检查是否为null。
Nullable<int> i = 1;
Nullable<int> j = null;
Console.WriteLine(i.HasValue);
//输出结果：True
Console.WriteLine(i.Value);
//输出结果：1
Console.WriteLine(j.HasValue);
//输出结果：False
Console.WriteLine(j.Value);
//抛异常： System.InvalidOperationException
三、类型的转换和运算
C#还支持简单的语法来使用Nullable<T>类型。它还支持Nullable<T>实例的隐式转换和转换。如下示例演示：
// 从System.Int32隐式转换为Nullable<Int32>
int? i = 5;
// 从'null'隐式转换为Nullable<Int32>
int? j = null;
// 从Nullable<Int32>到Int32的显式转换
int k = (int)i;
// 基础类型之间的转换
Double? x = 5; // 从Int到Nullable<Double> 的隐式转换
Double? y = j; // 从Nullable<Int32> 隐式转换Nullable<Double>
对Nullable<T> 类型使用操作符，与包含的基础类型使用方法相同。
- 一元运算符（++、--、 - 等），如果Nullable<T>类型值是
null时，返回null； - 二元运算符（+、-、*、/、％、^等）任何操作数是
null，返回null； - 对于==运算符，如果两个操作数都是
null，则表达式计算结果为true，如果任何一个操作数是null，则表达式计算结果为false；如果两者都不为null，它照常比较。 - 对于关系运算符（>、<、>=、<=），如果任何一个操作数是
null，则运算结果是false，如果操作数都不为null，则比较该值。
见下面的例子：
int? i = 5;
int? j = null;
// 一元运算符
i++; // i = 6
j = -j; // j = null
// 二元运算符
i = i + 3; // i = 9
j = j * 3; // j = null;
// 等号运算符（==、!=）
var r = i == null; //r = false
r = j == null; //r = true
r = i != j; //r = true
// 比较运算符（<、>、<=、>=）
r = i > j; //r = false
i = null;
r = i >= j; //r = false，注意，i=null、j=null，但是>=返回的结果是false
Nullable<T>也可以像引用类型一样，支持三元操作符。
// 如果雇员的年龄返回null（出生日期可能未输入），请设置值0.
int age = employee.Age ?? 0;
// 在聚合函数中使用三元操作符。
int?[] numbers = {};
int total = numbers.Sum() ?? 0;
四、装箱与拆箱
我们已经知道了Nullable<T>是一个值类型，现在我们再来聊一聊它的装箱与拆箱。
CLR采用一个特殊的规则来处理Nullable<T>类型的装箱与拆箱。当一个Nullable<T>类型的实例装箱时，CLR会检查实例的HasValue属性：如果是true，则将实例Value属性的值进行装箱后返回结果；如果返回false，则直接返回null，不做任何的处理。
在拆箱处理时，与装箱处反。CLR会检查拆箱的对象是否为null，如果是直接创建一个新的实例 new Nullable<T>()，如果不为null，则将对象拆箱为类型T，然后创建一个新实例 new Nullable<T>(t)。
int? n = null;
object o = n; //不会进行装箱操作，直接返回null值
Console.WriteLine("o is null = {0}", object.ReferenceEquals(o, null));
//输出结果：o is null = True
n = 5;
o = n; //o引用一个已装箱的Int32
Console.WriteLine("o's type = {0}", o.GetType());
//输出结果：o's type = System.Int32
o = 5;
//将Int32类型拆箱为Nullable<Int32>类型
int? a = (Int32?)o; // a = 5
//将Int32类型拆箱为Int32类型
int b = (Int32)o; // b = 5
// 创建一个初始化为null
o = null;
// 将null变为Nullable<Int32>类型
a = (Int32?)o; // a = null
b = (Int32)o; // 抛出异常：NullReferenceException
五、GetType()方法
当调用Nullable<T>类型的GetType()方法时，CLR实际返回类型的是泛型参数的类型。因此，您可能无法区分Nullable<Int32>实例上是一个Int32类型还是Nullable<Int32>。见下面的例子：
int? i = 10;
Console.WriteLine(i.GetType());
//输出结果是：System.Int32
i = null;
Console.WriteLine(i.GetType()); //NullReferenceException
原因分析：
这是因为调用GetType()方法时，已经将当前实例进行了装箱，根据上一部分装箱与拆箱的内容，这里实际上调用的是Int32类型的GetType()方法。
调用值类型的GetType()方法时，均会产生装箱，关于这一点大家可以自己去验证。
六、ToString()方法
当调用Nullable<T>类型的ToString()方法时，如果HasValue属性的值为false，则返回String.Empty，如果该属性的值为true，则调用的逻辑是Value.ToString()。 见下面的例子：
int? i = 10;
Console.WriteLine(i.ToString());
//输出结果：10
i = null;
Console.WriteLine(i.ToString() == string.Empty);
//输出结果：True
七、System.Nullable帮助类
微软还提供一个同名System.Nullable的静态类，包括三个方法：
public static class Nullable
{
//返回指定的可空类型的基础类型参数。
public static Type GetUnderlyingType(Type nullableType);
//比较两个相对值 System.Nullable<T> 对象。
public static int Compare<T>(T? n1, T? n2) where T : struct
//指示两个指定 System.Nullable<T> 对象是否相等。
public static bool Equals<T>(T? n1, T? n2) where T : struct
}
在这里面我们重点说明一下GetUnderlyingType(Type nullableType)方法，另外两个方法是用来比较值的，大家可以自己研究。
GetUnderlyingType(Type nullableType)方法是用来返回一个可为空类型的基础类型，如果 nullableType 参数不是一个封闭的Nullable<T>泛型，则反回null。
Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(Nullable<int>)));
//输出结果：System.Int32
Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(Nullable<>)) == null);
//输出结果：True
Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(int)) == null);
//输出结果：True
Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(string)) == null);
//输出结果：True
八、语法糖
微软对Nullable<T>提供了丰富的语法糖来减少开发员的工作量，下面是我想到供您参考。
简写
int? i = 5;
int? j = null;
var r = i != null;
var v = (int) i;
i++;
i = i + 3;
r = i != j;
r = i >= j;
var k = i + j;
double? x = 5;
double? y = j;
编译后的语句
int? i = new int?(5);
int? j = new int?();
var r = i.HasValue;
var v = i.Value;
i = i.HasValue ? new int?(i.GetValueOrDefault() + 1) : new int?();
i = i.HasValue ? new int?(i.GetValueOrDefault() + 3) : new int?();
r = i.GetValueOrDefault() != j.GetValueOrDefault() || i.HasValue != j.HasValue;
r = i.GetValueOrDefault() >= j.GetValueOrDefault() && i.HasValue & j.HasValue;
int? k = i.HasValue & j.HasValue ? new int?(i.GetValueOrDefault() + j.GetValueOrDefault()) : new int?();
double? x = new double?((double) 5);
double? y = j.HasValue ? new double?((double) j.GetValueOrDefault()) : new double?();
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