[C#基础知识系列]专题十:全面解析可空类型

引言：

　　C# 2.0 中还引入了可空类型，可空类型也是值类型，只是可空类型是包括null的值类型的，下面就介绍下C#2.0中对可空类型的支持具体有哪些内容(最近一直都在思考如何来分享这篇文章的,因为刚开始觉得可空类型使用过程中比较简单,觉得没有讲的必要,但是考虑到这个系列的完整性,决定还是唠叨下吧,希望对一些不熟悉的人有帮助)。

一、为什么会有可空类型

 　　如果朋友们看了我之前的分享,对于这一部分都不会陌生,因为我一般介绍C#特性经常会以这样的方式开头的, 因为每个特性都是有它出现的原因的(有一句佛语这是这么讲的:万事皆有因,有因必有果),首先来说说这个因的(果当然是新增加了可空类型这个新特性了。)，当我们在设计数据库的时候,我们可以设置数据库字段允许为null值,如果数据库字段是日期等这样在C#语言是值类型时，当我们把数据库表映射一个对象时,此时Datetime类型在C# 语言中是不能为null的，如果这样就会与数据库的设计有所冲突，这样开发人员就会有这样的需求了——值类型能不能也为可空类型的？同时微软也看出了用户有这样的需求,所以微软在C# 2.0中就新增加了一种类型——可空类型，即包含null值的值类型，这个也就是我理解的因了，介绍完因之后，当然就是好好唠叨下可空类型是个什么东西的了？

二、可空类型的介绍

 　　可空类型也是值类型,只是它是包含null的一个值类型。我们可以像下面这样表示可空类型（相信大家都不陌生）:

 int? nullable = null;

　　上面代码 int? 就是可空的int类型(有人可能会这样的疑问的, 如果在C#1中我硬要让一个值类型为一个可空类型怎么办到呢?当然这个在C#1之前也是有可以办到的，只是会相当麻烦，对于这个如果有兴趣的朋友可以去刨下根)，然而其实 "?"这个修饰符只是C#提供的一个语法糖(所谓语法糖,就是C#提供的一种方便的形式,其实肯定没有int? 这个类型，这个int?编译器认为的就是Nullable<int>类型，即可空类型)，其实真真C# 2.0提供的可空类型是——Nullable<T>（这个T就是上专题介绍的泛型参数,其中T只能为值类型,因为从可空类型的定义为:public struct Nullable<T> where T : struct）和Nullable。下面给出一段代码来介绍可空类型的使用：

namespace 可空类型Demo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 下面代码也可以这样子定义int? value=1;
            Nullable<int> value = 1;

            Console.WriteLine("可空类型有值的输出情况：");
            Display(value);
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine();

            value = new Nullable<int>();
            Console.WriteLine("可空类型没有值的输出情况：");
            Display(value);
            Console.Read();
        }

        // 输出方法，演示可空类型中的方法和属性的使用
        private static void Display(int? nullable)
        {
            // HasValue 属性代表指示可空对象是否有值
            // 在使用Value属性时必须先判断可空类型是否有值，
            // 如果可空类型对象的HasValue返回false时，将会引发InvalidOperationException异常
            Console.WriteLine("可空类型是否有值：{0}", nullable.HasValue);
            if (nullable.HasValue)
            {
                Console.WriteLine("值为: {0}", nullable.Value);
            }

            // GetValueOrDefault(代表如果可空对象有值,就用它的值返回,如果可空对象不包含值时,使用默认值0返回)相当与下面的语句
            // if (!nullable.HasValue)
            // {
            //    result = d.Value;
            // }

            Console.WriteLine("GetValueorDefault():{0}", nullable.GetValueOrDefault());

            // GetValueOrDefault(T)方法代表如果 HasValue 属性为 true，则为 Value 属性的值；否则为 defaultValue 参数值,即2。
            Console.WriteLine("GetValueorDefalut重载方法使用：{0}", nullable.GetValueOrDefault(2));

            // GetHashCode()代表如果 HasValue 属性为 true，则为 Value 属性返回的对象的哈希代码；如果 HasValue 属性为 false，则为零
            Console.WriteLine("GetHashCode()方法的使用：{0}", nullable.GetHashCode());
        }
    }
}

输出结果:

上面的演示代码中都注释,这里就不再解释了,为了让大家明白进一步理解可空类型是值类型,下面贴出中间语言代码截图:

三、空合并操作符（?? 操作符）

　　??操作符也就是"空合并操作符",它代表的意思是两个操作数,如果左边的数不为null时，就返回左边的数，如果左边的数为null,就返回右边的数，这个操作符可以用于可空类型,也可以用于引用类型,但是不能用于值类型(之所以不能应用值类型（这里除了可空类型），因为??运算符要对左边的数与null进行比较，然而值类型，不能与null类型比较，所以就不支持??运算符)，下面用一个例子来掩饰下？？运算符的使用（??这个运算符可以方便我们设置默认值，可以避免在代码中写if, else语句，简单代码数量，从而有利于阅读。）

 static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("??运算符的使用如下：");
            NullcoalescingOperator();
            Console.Read();
        }

        private static void NullcoalescingOperator()
        {
            int? nullable = null;
            int? nullhasvalue = 1;
            
            // ??和三目运算符的功能差不多的
            // 所以下面代码等价于：
            // x=nullable.HasValue?b.Value:12;
            int x = nullable ?? 12;

            // 此时nullhasvalue不能null,所以y的值为nullhasvalue.Value,即输出1
            int y = nullhasvalue ?? 123;
            Console.WriteLine("可空类型没有值的情况：{0}",x);
            Console.WriteLine("可空类型有值的情况：{0}", y);

            // 同时??运算符也可以用于引用类型， 下面是引用类型的例子
            Console.WriteLine();
            string stringnotnull = "123";
            string stringisnull = null;
           
            // 下面的代码等价于：
            // (stringnotnull ==null)? "456" :stringnotnull
            // 同时下面代码也等价于：
            // if(stringnotnull==null)
            // {
            //      return "456";
            // }
            // else
            // {
            //      return stringnotnull;
            // }
            // 从上面的等价代码可以看出，有了??运算符之后可以省略大量的if—else语句，这样代码少了， 自然可读性就高了
            string result = stringnotnull ?? "456";
            string result2 = stringisnull ?? "12";
            Console.WriteLine("引用类型不为null的情况：{0}", result);
            Console.WriteLine("引用类型为null的情况：{0}", result2);
        }

下面是运行结果截图:

四、可空类型的装箱和拆箱

 　　值类型存在装箱和拆箱的过程,可空类型也属于值类型,从而也有装箱和拆箱的过程的, 这里先介绍下装箱和拆箱的概念的, 装箱指的的从值类型到引用类型的过程,拆箱当然也就是装箱的反过程,即从引用类型到值类型的过程(这里进一步解释下我理解的装箱和拆箱,首先.Net中值类型是分配在堆栈上的，然而引用类型分配在托管堆上,装箱过程就是把值类型的值从推栈上拷贝到托管堆上,然后推栈上存储的是对托管堆上拷贝值的引用,然而拆箱就是把托管堆上的值拷贝到堆栈上.简单一句话概况,装箱和拆箱就是一个值的拷贝的一个过程,就想搬家一样,把东西从一个地方搬到另一个地方,对于深入的理解,大家可以参考下园中的博文.), 括号中是我理解的装箱和拆箱的过程,下面就具体介绍下可空类型的装箱和拆箱的:

　　当把一个可空类型赋给一个引用类型变量时，此时CLR 会对可空类型（Nullable<T>）对象进行装箱处理，首先CLR会检测可空类型是否为null,如果为null,CLR则不进行实际的装箱操作（因为null可以直接赋给一个引用类型变量），如果不为null，CLR会从可空类型对象中获取值，并对该值进行装箱（这个过程就是值类型的装箱过程了。），当把一个已装箱的值类型赋给一个可空类型变量时，此时CLR会对已装箱的值类型进行拆箱处理，如果已装箱值类型的引用为null,此时CLR会把可空类型设为null（如果觉得啰嗦，大家可以直接看下面的代码，代码中也会有详细的注释）。下面用一个示例来演示下可空类型的装箱和拆箱的使用，这样可以帮助大家更好的理解前面介绍的概念:

static void Main(string[] args)
        {
            //Console.WriteLine("??运算符的使用如下：");
            //NullcoalescingOperator();
            Console.WriteLine("可空类型的装箱和拆箱的使用如下：");
            BoxedandUnboxed();
            Console.Read();
        }

        // 可空类型装箱和拆箱的演示
        private static void BoxedandUnboxed()
        {
            // 定义一个可空类型对象nullable
            Nullable<int> nullable = 5;
            int? nullablewithoutvalue = null;

            // 获得可空对象的类型，此时返回的是System.Int32,而不是System.Nullable<System.Int32>,这点大家要特别注意下的
            Console.WriteLine("获取不为null的可空类型的类型为：{0}",nullable.GetType());

            // 对于一个为null的类型调用方法时出现异常，所以一般对于引用类型的调用方法前，最好养成习惯先检测下它是否为null
            //Console.WriteLine("获取为null的可空类型的类型为：{0}", nullablewithoutvalue.GetType());

            // 将可空类型对象赋给引用类型obj,此时会发生装箱操作，大家可以通过IL中的boxed 来证明
            object obj = nullable;

            // 获得装箱后引用类型的类型，此时输出的仍然是System.Int32,而不是System.Nullable<System.Int32>
            Console.WriteLine("获得装箱后obj 的类型：{0}", obj.GetType());

            // 拆箱成非可空变量
            int value = (int)obj;
            Console.WriteLine("拆箱成非可空变量的情况为：{0}", value);

            // 拆箱成可空变量
            nullable = (int?)obj;
            Console.WriteLine("拆箱成可空变量的情况为：{0}", nullable);

            // 装箱一个没有值的可空类型的对象
            obj = nullablewithoutvalue;
            Console.WriteLine("对null的可空类型装箱后obj 是否为null：{0}", obj==null);

            // 拆箱成非可空变量,此时会抛出NullReferenceException异常,因为没有值的可空类型装箱后obj等于null,引用一个空地址
            // 相当于拆箱后把null值赋给一个int 类型的变量,此时当然就会出现错误了
            //value = (int)obj;
            //Console.WriteLine("一个没有值的可空类型装箱后，拆箱成非可空变量的情况为：{0}", value);

           // 拆箱成可空变量
            nullable = (int?)obj;
            Console.WriteLine("一个没有值的可空类型装箱后，拆箱成可空变量是否为null：{0}", nullable == null);
        }

运行结果:

 　　上面代码中都有注释的, 而且代码也比较简单, 这里就不解释了, 其实可空类型的装箱和拆箱操作大家可以就理解为非可空值类型的装箱和拆箱的过程,只是对于非可空类型因为包含null值，所以CLR会提前对它进行检查下它是否为空，为null就不不任何处理，如果不为null,就按照非可空值类型的装箱和拆箱的过程来装箱和拆箱。

五、小结

 　　到这里本专题的介绍就完成了,本专题主要介绍了下可空类型以及可空类型相关的知识,希望这篇文章可以帮助大家对可空类型的认识可以更加全面,下一个专题将和大家介绍下匿名方法, 匿名方法也是Lambda表达式和Linq的一个铺垫，然而它是C#2中被提出来了的， 从而可以看出Lambda和Linq在C# 3.0中被添加其实是微软早在C# 2.0的时候就计划好了的，早就计划好了的（这也是我的推断，然而我觉得为什么它不直接在把Lambda和Linq都放在C# 2中提出来的， 却偏偏放在C# 3.0中提出，我理解原因有——1 觉得微软当时肯定是想一起提出的，但是后面发现这几个新的特性提出后会对编译器做比较大的改动，需要比较长的时间来实现，此时又怕用户等不及了，觉得C#很多东西都没有，所以微软就先把做好了的部分先发布出来，然而把Lambda和Linq放到C#3来提出。我推理觉得应该是这样的，所以C#的所有特性都是紧密相连的。）

　　注意：有网友提醒了我一个需要主要的点，所以放在这里补充下，如果细心的朋友可能会发现,当可空类型为null时，此时还是可以调用HasValue属性，即此时的返回值为false,可能就会有这样的疑问的，为什么对象为null了还可以调用属性，此时不会出现NullReferenceException异常吗？其实对于这个问题我之前也觉得奇怪的,后面通过查找也知道了原因了——首先,可空类型是值类型,当可空类型为null时，此时可空类型并不是null(引用类型中的null),对于可空类型null这个是一个有效的值类型的，所以它调用HasValue不会抛出异常的（值类型时不可能为null的，可空类型为null的，此时null与引用类型是不一样的，这点大家必须明确）。同时这个问题也使我加深了对可空类型的理解，这里分享出来可以让大家进一步理解可空类型，如果大家有什么意见和C#特性需要注意的地方欢迎大家给我留言。