细说Nullable<T>类型

目录
一、简介
二、语法和用法
三、类型的转换和运算
四、装箱与拆箱
五、GetType()方法
六、ToString()方法
七、System.Nullable帮助类
八、语法糖

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() : ;
         }

         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;
         }
     }
 } 

查看Nullable的定义

　　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 = ;
     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 = ;
     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 = ;
     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 = ;

     // 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 = ; // 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 = ;
     int? j = null;

     // 一元运算符
     i++; // i = 6
     j = -j; // j = null

     // 二元运算符
     i = i + ; // i = 9
     j = j * ; // 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 ?? ;

     // 在聚合函数中使用三元操作符。
     int?[] numbers = {};
     int total = numbers.Sum() ?? ;

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 = ;
     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 = ;

     //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 = ;
     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 = ;
     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

编译后的语句

int? i = ; int? j = null; var r = i != null; var v = (int) i; i++; i = i + ; r = i != j; r = i >= j; var k = i + j; double? x = ; double? y = j;

int? i = new int?(); int? j = new int?(); var r = i.HasValue; var v = i.Value; i = i.HasValue ? new int?(i.GetValueOrDefault() + ) : new int?(); i = i.HasValue ? new int?(i.GetValueOrDefault() + ) : 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) ); double? y = j.HasValue ? new double?((double) j.GetValueOrDefault()) : new double?();

 

参考：

• https://www.codeproject.com/Articles/11854/C-Nullable-Types
• https://www.codeproject.com/Articles/275471/Nullable-Types-in-Csharp-Net
• https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/nullable-types/using-nullable-types
• https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/nullable-types/index

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