為了讓.Net中的值類(lèi)型可以賦值為null，微軟特地添加了Nullable<T>類(lèi)型，也可簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)?。但是Nullable<T>自身是結(jié)構(gòu)體，也是值類(lèi)型，那么它是如何實(shí)現(xiàn)將null賦值給值類(lèi)型的呢？

下面通過(guò)自定義一個(gè)可空值類(lèi)型來(lái)講解Nullable<T>的實(shí)現(xiàn)原理。

自定義可空值類(lèi)型

struct XfhNullable<T> where T : struct
{
  private T innerValue;
  //這個(gè)屬性很重要
  public bool HasValue { set; get; }
  public T Value
  {
    get
    {
      return HasValue ? innerValue: throw new InvalidOperationException();
    }
  }
  public XfhNullable(T value)
  {
    this.innerValue= value;
    HasValue = true;
  }
  public T GetValueOrDefault(T value)
  {
    return HasValue ? this.innerValue: value;
  }
  public T GetValueOrDefault()
  {
    return this.innerValue;
  }
}

一個(gè)可空值類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體大致功能已經(jīng)定義好了，下面我們來(lái)創(chuàng)建可空值類(lèi)型的實(shí)例來(lái)驗(yàn)證下。

using static System.Console;
class Program
{
  static void Main()
  {
    //使用結(jié)構(gòu)體默認(rèn)的無(wú)參構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行實(shí)例化
    XfhNullable<int> num = new XfhNullable<int>();
    WriteLine(num.HasValue);
    WriteLine(null_num.GetValueOrDefault());
  }
}

可以看到，變量num并不含有值，調(diào)用GetValueOrDefault()則會(huì)獲取它的默認(rèn)值 0；

這時(shí)我們將null賦值給變量num會(huì)發(fā)現(xiàn)編譯器報(bào)錯(cuò)Cannot convert null to 'XfhNullable<int>' because it is a non-nullable value type這是因?yàn)榫幾g器把我們定義的結(jié)構(gòu)體XfhNullable<T>看作是普通值類(lèi)型而非可空值類(lèi)型，所以我們還要添加可空值類(lèi)型和XfhNullable<T>之間的轉(zhuǎn)換功能。

public static implicit operator XfhNullable<T>(T? nullabelValue)
{
  if (nullabelValue== null)
  {
    return new XfhNullable<T>();
  }
  return new XfhNullable<T>(nullabelValue.Value);
}

上面的代碼實(shí)現(xiàn)了可空值類(lèi)型向XfhNullable<T>的隱式轉(zhuǎn)換，添加上面代碼之后發(fā)現(xiàn)編譯器不再報(bào)錯(cuò)。XfhNullable<T>已經(jīng)成為一個(gè)可為null的值類(lèi)型。

static void Main()
{
  XfhNullable<int> null_num = null;
  WriteLine(null_num.HasValue);
}

XfhNullable<T>中的屬性HasValue的作用就是標(biāo)記當(dāng)前類(lèi)型是否為null，若是則返回False，否則返回True。當(dāng)HasValue為False時(shí)調(diào)用該類(lèi)型的Value屬性則會(huì)拋出異常InvalidOperationException。但可調(diào)用GetValueOrDefault()方法來(lái)獲取類(lèi)型的默認(rèn)值。

Nullable<T>類(lèi)型可以通過(guò)運(yùn)算符==來(lái)判斷值是否為null，我們也可以通過(guò)運(yùn)算符重載來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能：

public static bool operator ==(XfhNullable<T> cn, object obj)
{
  if (cn.HasValue)
  {
    return false;
  }
  return true;
}
public static bool operator !=(XfhNullable<T> cn, object obj)
{
  return !(cn == obj);
}

static void Main()
{
  XfhNullable<int> null_num = null;
  WriteLine(null_num == null);
}

接下來(lái)，我們來(lái)實(shí)現(xiàn)普通值類(lèi)型和XfhNullable<T>之間的轉(zhuǎn)換：

public static implicit operator XfhNullable<T>(T value)
{
  return new XfhNullable<T>(value);
}
public static explicit operator T(XfhNullable<T> value)
{
  return value.innerValue;
}

static void Main()
{
  XfhNullable<int> null_num = null;
  null_num = 12;//int類(lèi)型隱式轉(zhuǎn)換為XfhNullable<int>類(lèi)型
  WriteLine(null_num == null);
  WriteLine(null_num.Value);
  int i = (int)null_num;//XfhNullable<int>類(lèi)型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為int類(lèi)型
  WriteLine(i);
}

獲取實(shí)例在運(yùn)行時(shí)的類(lèi)型：

static void Main()
{
  XfhNullable<int> null_num = 12;
  WriteLine(null_num.GetType());
}

這個(gè)返回值不大友好，我們希望這里返回內(nèi)置的值類(lèi)型，System.Int32，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

//因?yàn)镺bject類(lèi)中的GetType方法不允許子類(lèi)重寫(xiě)（避免子類(lèi)隱藏自己的實(shí)際類(lèi)型）
//所以這里使用關(guān)鍵字new來(lái)隱藏Object類(lèi)中的GetType方法
public new Type GetType()
{
  return innerValue.GetType();
}

結(jié)論：沒(méi)有可為空的值類(lèi)型

至此，我們已經(jīng)自定義了一個(gè)可為空的值類(lèi)型XfhNullable<T>，通過(guò)以上代碼，我們不難發(fā)現(xiàn)所謂可為空的值類(lèi)型是不存在的，它是通過(guò)屬性HasValue來(lái)對(duì)null值進(jìn)行標(biāo)記的，其內(nèi)部通過(guò)字段innerValue（該字段對(duì)應(yīng)Nullable<T>中的value字段）來(lái)維護(hù)該類(lèi)型的值，若被賦值為null則innerValue初始化為值類(lèi)型的初始值。換句話說(shuō)，Nullable<T>只是在邏輯層面上實(shí)現(xiàn)了把null賦值給值類(lèi)型，給我們一種值類(lèi)型可為null的感覺(jué)。

最后說(shuō)下可空值類(lèi)型的裝箱與拆箱。

CLR在對(duì)Nullable<T>實(shí)例執(zhí)行裝箱操作時(shí)首先檢查它是否為null，若是則CLR不裝箱任何東西而是直接返回null；若實(shí)例的值不是null則獲取該實(shí)例的值（Value屬性）并對(duì)這個(gè)值進(jìn)行裝箱操作。

拆箱時(shí)，對(duì)于null則返回一個(gè)Nullable<T>()實(shí)例，對(duì)于一個(gè)具體的數(shù)值，如5，則返回Nullable<T>(5)實(shí)例。

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