C# 可空值类型

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前言

在 C# 编程中，可空值类型是一个非常有用的特性，它允许我们将值类型表示为可空，这在处理一些可能没有值的情况时非常方便。本文将详细介绍可空值类型的概念、使用方法、优势以及一些最佳实践。

一、什么是可空值类型？

在 C# 中，值类型（如int、float、double、bool、struct等）通常不能存储null值，因为它们有明确的值范围。然而，在许多实际场景中，我们可能需要表示某个值不存在或未知的情况。可空值类型就是为了解决这个问题而引入的。

可空值类型是可以在其原始值类型的基础上增加一个额外状态——即null。这意味着除了可以存储该类型的所有有效值之外，还可以明确地表示“没有值”或“未知”的状态。例如，一个可空的整数不仅可以包含所有整数值，还可以包含null来表示它尚未被赋值或者它的值是未知的。

1. 定义可空值类型

要定义一个可空值类型，只需在其基本类型后面加上问号 ?。例如：

int? nullableInt = null;
double? nullableDouble = 10.5;
bool? nullableBool = null;

这里，int?、double?和bool?就是可空值类型，它们可以存储相应的值类型的值，也可以存储null。

2. 使用 System.Nullable<T> 定义可空值类型

Nullable<int> nullableInt = null;
Nullable<double> nullableDouble = 10.5;
Nullable<bool> nullableBool = null;

两种方式是完全等价的，通常推荐使用简短的形式，因为它更加直观和易于阅读。

二、为什么需要可空值类型？

假设我们正在开发一个员工信息管理系统，在某些情况下，我们可能不知道员工的年龄，使用普通的int类型将无法表示这种情况，因为int不能存储null。而使用可空值类型int?就可以轻松解决这个问题：

		class Employee
		{
		    public string Name { get; set; }
		    public int? Age { get; set; }
		}

这样，我们可以将员工的年龄设置为null，表示该信息暂时未知或未提供。

三、使用可空值类型的基本操作

1. 赋值

我们可以像普通值类型一样给可空值类型赋值，也可以将其赋值为null：

		int? nullableNumber = 42;
		nullableNumber = null;

2. 检查是否有值

使用HasValue属性可以检查可空值类型是否包含一个值：

		int? nullableNumber = 5;
		if (nullableNumber.HasValue)
		{
		    Console.WriteLine($"The value is: {nullableNumber.Value}");
		}
		else
		{
		    Console.WriteLine("The value is null.");
		}

3. 获取值

使用Value属性可以获取可空值类型的值，但要注意，如果可空值类型为null，访问Value会抛出InvalidOperationException。因此，在使用Value之前，应该先使用HasValue进行检查：

		int? nullableNumber = 10;
		if (nullableNumber.HasValue)
		{
		    int actualValue = nullableNumber.Value;
		    Console.WriteLine($"The actual value is: {actualValue}");
		}
		else
		{
		    Console.WriteLine("No value available.");
		}

4. 空合并运算符（??）

空合并运算符可以在可空值类型为null时提供一个默认值：

		int? nullableNumber = null;
		int actualNumber = nullableNumber?? 0; 如果nullableNumber为null，则actualNumber 为0
		Console.WriteLine($"The actual value is: {actualNumber}");

在这个例子中，由于nullableNumber为null，actualNumber将被赋值为 0。

		int? number = null;
		if (number.HasValue) // 检查是否有值
		{
		    Console.WriteLine($"The value is {number.Value}.");
		}
		else
		{
		    Console.WriteLine("The value is null.");
		}
		
		// 或者更简洁的方式：
		Console.WriteLine(number ?? "The value is null."); // 使用null合并运算符

使用null 合并运算符 简化 null 检查流程。

此外，C# 8.0 引入了 Null 合并与赋值运算符 (??=)，它只在左侧表达式的值为null时才执行右侧表达式并赋值：

		nullableNumber??= 0; // 如果nullableNumber为null，则设置为0

5. 运算

当对两个可空值类型进行运算时，如果任何一个操作数为null，则结果也为null：

		int? a = 5;
		int? b = null;
		
		int? sum = a + b; // 结果为null

6. 判断是否为可空值类型

下面的示例演示了如何确定 System.Type 实例是否表示已构造的可为空值类型，即，具有指定类型参数 T 的 System.Nullable<T> 类型：

Console.WriteLine($"int? is {(IsNullable(typeof(int?)) ? "nullable" : "non nullable")} value type");
Console.WriteLine($"int is {(IsNullable(typeof(int)) ? "nullable" : "non-nullable")} value type");

bool IsNullable(Type type) => Nullable.GetUnderlyingType(type) != null;

// Output:
// int? is nullable value type
// int is non-nullable value type

如示例所示，使用 typeof 运算符来创建 System.Type 实例。

如果要确定实例是否是可为空的值类型，请不要使用 Object.GetType 方法获取要通过前面的代码测试的 Type 实例。 如果对值类型可为空的实例调用 Object.GetType 方法，该实例将装箱到 Object。 由于对可为空的值类型的非 NULL 实例的装箱等同于对基础类型的值的装箱，因此 GetType 会返回表示可为空的值类型的基础类型的 Type 实例：

int? a = 17;
Type typeOfA = a.GetType();
Console.WriteLine(typeOfA.FullName);
// Output:
// System.Int32

另外，请勿使用 is 运算符来确定实例是否是可为空的值类型。 如以下示例所示，无法使用 is 运算符区分可为空值类型实例的类型与其基础类型实例：

int? a = 14;
if (a is int)
{
    Console.WriteLine("int? instance is compatible with int");
}

int b = 17;
if (b is int?)
{
    Console.WriteLine("int instance is compatible with int?");
}
// Output:
// int? instance is compatible with int
// int instance is compatible with int?

请改为使用第一个示例中的 Nullable.GetUnderlyingType 和 typeof 运算符，以检查实例是否为可空值类型。

四、可空值类型的优势

• 更清晰的代码
  • 可空值类型可以让代码更清晰地表达某些值可能不存在的情况，避免使用一些特殊值（如-1表示未知年龄）来代表null，减少代码的歧义。
• 避免异常
  • 通过使用HasValue和空合并运算符，可以避免在处理可能为null的值时引发异常，使代码更加健壮。

五、与可空引用类型的区别

可空值类型主要用于值类型，而可空引用类型（在 C# 8.0 及以后可用）主要用于引用类型。

可空引用类型使用?在引用类型的声明中表示该引用可能为null：

string? nullableString = null;

可空值类型是对值类型的扩展，而可空引用类型是对引用类型的一种更安全的处理方式，提醒开发者注意可能的null引用异常。

六、可空值类型在方法参数和返回值中的使用

1. 作为方法参数

可以将可空值类型作为方法的参数，允许调用者传递null：

		static void ProcessNullableInt(int? number)
		{
		    if (number.HasValue)
		    {
		        Console.WriteLine($"Received value: {number.Value}");
		    }
		    else
		    {
		        Console.WriteLine("No value received.");
		    }
		}

2. 作为方法返回值

也可以将可空值类型作为方法的返回值，以表示可能没有结果的情况：

		static int? TryDivide(int a, int b)
		{
		    if (b == 0)
		    {
		        return null;
		    }
		    return a / b;
		}

七、可空值类型的转换

1. 从可空值类型转换为非可空值类型

使用GetValueOrDefault()方法可以将可空值类型转换为非可空值类型，若可空值类型为null，则返回默认值：

		int? nullableNumber = null;
		int actualNumber = nullableNumber.GetValueOrDefault(); // 默认为 0

2. 从非可空值类型转换为可空值类型

直接赋值即可：

		int nonNullableNumber = 5;
		int? nullableNumber = nonNullableNumber;

3. 综合案例

从非可空类型到可空类型的隐式转换总是安全的，因为不会丢失信息。反之则需要显式转换，以确保程序逻辑正确处理潜在的null情况：

        static void Main(string[] args)
        {
            // 隐式转换
            int nonNullable = 42;
            int? nullable = nonNullable; 

            // 显式转换
            // 如果nullable为null，则返回对应数据类型的默认值，如 int 的默认值 为 0 
            nonNullable = nullable.GetValueOrDefault(); 
            nullable = null;
            nonNullable=nullable.GetValueOrDefault();
        }

八、最佳实践

1. 谨慎使用Value属性：在访问可空值类型的Value属性之前，始终使用HasValue进行检查，以避免异常。

2. 利用空合并运算符：在需要获取可空值类型的具体值时，尽可能使用空合并运算符提供默认值，使代码更简洁。

3. 明确可空值类型的使用场景：只在确实需要表示某个值可能不存在时才使用可空值类型，避免过度使用造成代码混淆。

结语

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希望以上内容可以帮助到大家，如文中有不对之处，还请批评指正。

参考资料：
可为空的值类型（C# 参考）