从NullObject谈C#6.0改进

前言

本文来聊一聊我们经常会做的空值检查问题，从一个简单的空值检查Any Where，到设计模式的NullObjectPattern，再到C#6.0“可能”会提供的语法，让我们体验一次语言开发上的“持续改进”，Let’s go~

什么是空引用异常

作为一个敲过代码的码农来说，似乎没有谁没有遇到过NullReferenceException这个问题，有些时候当方法内部调用一个属性、方法（委托）时，我们控制这些属性在“外部”的表现（当然某些情况下使用ref关键字除外），所以我们要在方法的内部去判断属性、委托方法是否为Null来避免可能的、错误使用上带来的空引用异常，这样当我们知道如果对象为Null的话，我们会实现符合我们“预期”的行为。

解决空引用异常---Check Any Where

这很简单，我只要在需要用的地方检查一下是否为Null就可以了。是的，这非常简单，语义也很清晰，但是当你要重复检查一个对象实体10000万次时，你的代码中将存在10000个如下代码段：

        public void Check()
        {
            if (Person.AlivePerson() != null)
            {
                Person.AlivePerson().KeepAlive = true;
            }
        }

　　你能容忍这样的行为吗？

If（OK）

Continue；

Else

Close；

应用NullObject设计模式

NullObjectPattern出自forth by Gamma（设计模式4人组），核心内容是：提供一个给定对象的空值代理，空值代理中提供不做任何事情的方法实现。

接下来让我们看看维基百科上的C#实现：

// compile as Console Application, requires C# 3.0 or higher
using System;
using System.Linq;
namespace MyExtensionWithExample {
    public static class StringExtensions {
        public static int SafeGetLength(this string valueOrNull) {
            return (valueOrNull ?? string.Empty).Length;
        }
    }
    public static class Program {
        // define some strings
        static readonly string[] strings = new [] { "Mr X.", "Katrien Duck", null, "Q" };
        // write the total length of all the strings in the array
        public static void Main(string[] args) {
            var query = from text in strings select text.SafeGetLength(); // no need to do any checks here
            Console.WriteLine(query.Sum());
        // The output will be: 18
        }
    }
}

　　在C#语言中，我们通过静态的扩展方法来实现将检查方式统一在方法内部，而不是写的到处都是，上面的例子中是在String类上实现了一个SafeGetLength扩展方法，将为所有String类型提供了一个方法，这样我们在“代码整洁”上又进了一步。

　　下面我们再来看一个更常用的例子---来自于StackOverFlow

    public static class EventExtensions
    {
        public static void Raise<T>(this EventHandler<T> evnt, object sender, T args)
            where T : EventArgs
        {
            if (evnt != null)
            {
                evnt(sender, args);
            }
        }
    }

　　最后，说一个细节问题，以上代码均没有实现“线程安全”，在大牛Eric Lippert的文章中针对线程安全有过一个更精彩的讨论，请戳这里。

　　改进后的代码时在方法内部增加了一个临时变量，作为方法内部的拷贝，实现线程安全，如果有疑问请参考我的《C#堆vs栈》中对方法内部变量在堆栈上的表现一章。

    public class SomeClass
    {
        public event EventHandler<EventArgs> MyEvent;
 
        private void DoSomething()
        {
            var tmp = MyEvent;
 
            tmp.Raise(this, EventArgs.Empty);
        }
    }

更“潮”的方式-C#6.0语法

来自MSDN Magazine的Mark Michaelis（《C#本质论》作者）给我们介绍了C#6.0在语言可能带来的新改进，其中就有针对“Null条件运算符”的改进。

　　C#6.0更多参考:

　　Part One: https://msdn.microsoft.com/zh-cn/magazine/dn683793.aspx

　　Part Two: https://msdn.microsoft.com/zh-cn/magazine/dn802602.aspx

　　即使是 .NET 开发新手，也可能非常熟悉 NullReferenceException。有一个例外是几乎总是会指出一个 Bug，因为开发人员在调用 (null) 对象的成员之前未进行充分的 null 检查。请看看以下示例：

public static string Truncate(string value, int length)
{
  string result = value;
  if (value != null) // Skip empty string check for elucidation
  {
    result = value.Substring(, Math.Min(value.Length, length));
  }
  return result;
}

　　如果不进行 null 检查，此方法会引发 NullReferenceException。尽管这很简单，但检查字符串参数是否为 null 的过程却稍微有些繁琐。通常，考虑到比较的频率，该繁琐的方法可能没有必要。C# 6.0 包括一个新的 null 条件运算符，可帮助您更加简便地编写这些检查：

public static string Truncate(string value, int length)
{
  return value?.Substring(, Math.Min(value.Length, length));
}
 
[TestMethod]
public void Truncate_WithNull_ReturnsNull()
{
  Assert.AreEqual<string>(null, Truncate(null, ));
}

　　根据 Truncate_WithNull_ReturnsNull 方法所演示的内容，如果对象的值实际上为 null，则 null 条件运算符将返回 null。这带来了一个问题，即 null 条件运算符在调用链中出现时会是什么情况？如以下示例中所示：

public static string AdjustWidth(string value, int length)
{
  return value?.Substring(, Math.Min(value.Length, length)).PadRight(length);
}
 
[TestMethod]
public void AdjustWidth_GivenInigoMontoya42_ReturnsInigoMontoyaExtended()
{
  Assert.AreEqual<int>(, AdjustWidth("Inigo Montoya", ).Length);
}

　　尽管 Substring 是通过 null 条件运算符进行调用的，并且 null value?.Substring 似乎返回了 null，但语言行为按您的想法进行。这简化了对 PadRight 的调用过程，并立即返回 null，从而避免会导致出现 NullReferenceException 的编程错误。这个概念称为“null 传播”。

　　Null 条件运算符会根据具体条件进行 null 检查，然后再调用目标方法以及调用链中的所有其他方法。这将可能产生一个令人惊讶的结果，例如，text?.Length.GetType 语句中的结果。

如果 null 条件运算符在调用目标为 null 时返回 null，那么调用会返回值类型的成员时最终会是什么数据类型（假定值类型不能为 null）？例如，从 value?.Length 返回的数据类型不能只是 int。答案当然是：可以为 null 的类型（int？）。实际上，尝试仅将结果分配给 int 将会出现编译错误：

int length = text?.Length; // Compile Error: Cannot implicitly convert type 'int?' to 'int'

　　Null 条件具有两种语法形式。首先，问号在点运算符前面 (?.)。其次，将问号和索引运算符结合使用。例如，给定一个集合（而非在索引到集合之前显式进行 null 检查），您就可以使用 null 条件运算符执行此操作：

public static IEnumerable<T> GetValueTypeItems<T>(
  IList<T> collection, params int[] indexes)
  where T : struct
{
  foreach (int index in indexes)
  {
    T? item = collection?[index];
    if (item != null) yield return (T)item;
  }
}

　　此示例使用了运算符 ?[…] 的 null 条件索引形式，导致仅在集合不为 null 时才索引到集合。通过 null 条件运算符的此形式，T? item = collection?[index] 语句在行为上相当于：

T? item = (collection != null) ? collection[index] : null.

请注意，null 条件运算符仅可检索项目，不会分配项目。如果给定 null 集合，那么这意味着什么？

请注意针对引用类型使用 ?[…] 时的隐式歧义。由于引用类型可以为 null，因此对于集合是否为 null，或者是否元素本身实际上就是 null 而言，来自 ?[…] 运算符的 null 结果不明确。

Null 条件运算符的一个非常有用的应用程序解决了 C# 自 C# 1.0 以来一直存在的的一个特性，即在调用委托之前检查是否为 null。我们来看一下图中显示的 C# 2.0 代码。

　　图 1 在调用委托之前检查是否为 Null

class Theremostat
{
  event EventHandler<float> OnTemperatureChanged;
  private int _Temperature;
  public int Temperature
  {
    get
    {
      return _Temperature;
    }
    set
    {
      // If there are any subscribers, then
      // notify them of changes in temperature
      EventHandler<float> localOnChanged =
        OnTemperatureChanged;
      if (localOnChanged != null)
      {
        _Temperature = value;
        // Call subscribers
        localOnChanged(this, value);
      }
    }
  }
}

　　通过使用 null 条件运算符，整个 set 实现过程就可简化为：

OnTemperatureChanged?.Invoke(this, value)

　　现在，您只需对将 null 条件运算符作为前缀的 Invoke 进行调用，不再需要将委托实例分配给本地变量，从而实现线程安全，甚至是在调用委托之前显式检查值是否为 null。

C# 开发人员都很想知道在最新的四个版本中是否对此内容有所改进。答案是最终进行了改进。仅此一项功能就可以改变调用委托的方式。

另一个 null 条件运算符普及的常见模式是与 coalesce 运算符结合使用。您无需在调用 Length 之前对 linesOfCode 进行 null 检查，而是可以编写项目计数算法，如下所示：

List<string> linesOfCode = ParseSourceCodeFile("Program.cs");
return linesOfCode?.Count ?? ;

在这种情况下，任何空集合（无项目）和 null 集合均标准化为返回相同数量。总之，null 条件运算符将实现以下功能：

　　1.  如果操作数为 null，则返回 null

　　2.  如果操作数为 null，则简化调用链中的其他调用

　　3.  如果目标成员返回一个值类型，则返回可以为 null 的类型 (System.Nullable<T>)。

　　4.  以线程安全的方式支持委托调用

　　5.  可用作成员运算符 (?.) 和索引运算符 (?[…])

示例代码下载

引用

http://stackoverflow.com/questions/13629051/net-event-raising-and-nullobject-pattern ---线程安全的扩展机制

https://msdn.microsoft.com/zh-cn/magazine/dn802602.aspx ---C#6.0 Null条件运算符

http://en.wikipedia.org/wiki/Null_Object_pattern ---维基百科上的NullObjectPattern解释