Nullable类型

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类型的逻辑定义：

 1 namespace System 2 { 3     [Serializable] 4     public struct Nullable where T : struct  5     { 6         private bool hasValue; 7         internal T value; 8   9         public Nullable(T value) {10             this.value = value; 
11             this.hasValue = true;12         }13 14         public bool HasValue { 
15             get {16                 return hasValue; 
17             } 
18         }19  20         public T Value { 
21             get {22                 if (!HasValue) { 
23                     ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_NoValue); 
24                 }25                 return value; 
26             }27         }28 29         public T GetValueOrDefault() { 
30             return value;31         } 
32 33         public T GetValueOrDefault(T defaultValue) {34             return HasValue ? value : defaultValue;35         } 
36 37         public override bool Equals(object other) { 
38             if (!HasValue) return other == null; 
39             if (other == null) return false;40             return value.Equals(other); 
41         }42 43         public override int GetHashCode() {44             return HasValue ? value.GetHashCode() : 0; 
45         }46  47         public override string ToString() { 
48             return HasValue ? value.ToString() : "";49         } 
50 51         public static implicit operator Nullable(T value) {52             return new Nullable(value);53         } 
54 55         public static explicit operator T(Nullable value) { 
56             return value.Value; 
57         }58     }59 }

　　从上面的定义可以总结如下几点：

• Nullable 类型也是一个值类型；

• Nullable 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 是一个轻量级的值类型。Nullable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 的泛型参数T必须是值类型。您只能将Nullable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类型，只需指定一个其它值类型的泛型参数T。

　　示例：　

1     Nullable i = 1;2     Nullable j = null;3     Nullable> 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。

1     int? i = 1;2     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。

 1     Nullable i = 1; 2     Nullable j = null; 3  4     Console.WriteLine(i.HasValue); 5     //输出结果：True 6  7     Console.WriteLine(i.Value); 8     //输出结果：1 9 10     Console.WriteLine(j.HasValue);11     //输出结果：False12 13     Console.WriteLine(j.Value);14     //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类型。它还支持Nullable实例的隐式转换和转换。如下示例演示：

 1     // 从System.Int32隐式转换为Nullable  2     int? i = 5; 3  4     // 从'null'隐式转换为Nullable  5     int? j = null; 6  7     // 从Nullable到Int32的显式转换 8     int k = (int)i; 9 10     // 基础类型之间的转换11     Double? x = 5; // 从Int到Nullable 的隐式转换12     Double? y = j; // 从Nullable 隐式转换Nullable

　　对Nullable 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：　　

 1     int? i = 5; 2     int? j = null; 3  4     // 一元运算符 5     i++; // i = 6  6     j = -j; // j = null 7  8     // 二元运算符 9     i = i + 3; // i = 9 10     j = j * 3; // j = null;11 12     // 等号运算符（==、!=）13     var r = i == null; //r = false14     r = j == null; //r = true15     r = i != j; //r = true16 17     // 比较运算符（<、>、<=、>=）18     r = i > j; //r = false19 20     i = null;21     r = i >= j; //r = false，注意，i=null、j=null，但是>=返回的结果是false

　　Nullable也可以像引用类型一样，支持三元操作符。

1     // 如果雇员的年龄返回null（出生日期可能未输入），请设置值0. 2     int age = employee.Age ?? 0;3 4     // 在聚合函数中使用三元操作符。5     int?[] numbers = {};6     int total = numbers.Sum() ?? 0;

 

四、装箱与拆箱

　　我们已经知道了Nullable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类型的装箱与拆箱。当一个Nullable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()，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)。 

 1     int? n = null; 2     object o = n; //不会进行装箱操作，直接返回null值 3  4     Console.WriteLine("o is null = {0}", object.ReferenceEquals(o, null)); 5     //输出结果：o is null = True 6  7  8     n = 5; 9     o = n; //o引用一个已装箱的Int3210 11     Console.WriteLine("o's type = {0}", o.GetType());12     //输出结果：o's type = System.Int3213 14     o = 5;15 16     //将Int32类型拆箱为Nullable类型17     int? a = (Int32?)o; // a = 5 
18     //将Int32类型拆箱为Int32类型19     int b = (Int32)o; // b = 520 21     // 创建一个初始化为null22     o = null;23     // 将null变为Nullable类型24     a = (Int32?)o; // a = null 25     b = (Int32)o; // 抛出异常：NullReferenceException

 

五、GetType()方法

　　当调用Nullable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实例上是一个Int32类型还是Nullable。见下面的例子：

1     int? i = 10;2     Console.WriteLine(i.GetType());3     //输出结果是：System.Int324     5     i = null;6     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：

1     int? i = 10;2     Console.WriteLine(i.ToString());3     //输出结果：104 5     i = null;6     Console.WriteLine(i.ToString() == string.Empty);7     //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： 

 1 public static class Nullable 2 { 3     //返回指定的可空类型的基础类型参数。 4     public static Type GetUnderlyingType(Type nullableType); 5  6     //比较两个相对值 System.Nullable 对象。 7     public static int Compare(T? n1, T? n2) where T : struct 8  9     //指示两个指定 System.Nullable 对象是否相等。10     public static bool Equals(T? n1, T? n2) where T : struct11 }

　　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泛型，则反回null。 

 1     Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(Nullable))); 2     //输出结果：System.Int32 3  4     Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(Nullable<>)) == null); 5     //输出结果：True 6  7     Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(int)) == null); 8     //输出结果：True 9 10     Console.WriteLine(Nullable.GetUnderlyingType(typeof(string)) == null);11     //输出结果：True

  

八、语法糖

　　微软对Nullable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

1     int? i = 5; 2  3     int? j = null; 4  5     var r = i != null; 6  7     var v = (int) i; 8  9     i++;10 11     i = i + 3;12 13     r = i != j;14 15     r = i >= j;16 17     var k = i + j;18 19     double? x = 5;20     21     double? y = j;

1     int? i = new int?(5); 2  3     int? j = new int?(); 4  5     var r = i.HasValue; 6  7     var v = i.Value; 8  9     i = i.HasValue ? new int?(i.GetValueOrDefault() + 1) : new int?();10 11     i = i.HasValue ? new int?(i.GetValueOrDefault() + 3) : new int?();12 13     r = i.GetValueOrDefault() != j.GetValueOrDefault() || i.HasValue != j.HasValue;14 15     r = i.GetValueOrDefault() >= j.GetValueOrDefault() && i.HasValue & j.HasValue;16 17     int? k = i.HasValue & j.HasValue ? new int?(i.GetValueOrDefault() + j.GetValueOrDefault()) : new int?();18 19     double? x = new double?((double) 5);20     21     double? y = j.HasValue ? new double?((double) j.GetValueOrDefault()) : new double?();