四、可空类型Nullable<T>到底是什么鬼
值类型为什么不可以为空
首先我们都知道引用类型默认值都是null，而值类型的默认值都有非null。
为什么引用类型可以为空？因为引用类型变量都是保存一个对象的地址引用（就像一个url对应一个页面）,而引用类型值为null的时候是变量值指向了一个空引用（如同一个空的url）
那为什么值不能有空值呢？其实很简单，因为如int值范围是-2147483648到2147483647。其中根本就没有给null值留那么一个位置。
我们为什么需要用到可空类型
举个栗子吧，我们定义一个人（Person），它有三个属性出生日期（BeginTime）、死亡日期（EndTime）、年龄（Age）。
如果这个人还健在人世，请问怎么给死亡日期赋值？有人很聪明说“为空啊”。是的，这就是我们的需求。
微软在C#2.0的时候就为我们引入了可null值类型（ System.Nullable<T> ），那么下面来定义Person类。
public class Person
{
/// <summary>
/// 出生日期
/// </summary>
public DateTime BeginTime { get; set; }
/// <summary>
/// 死亡日期
/// </summary>
public System.Nullable<DateTime> EndTiem { get; set; }
public int Age
{
get
{
if (EndTiem.HasValue)//如果挂了(如果有值，证明死了)
{
return (EndTiem.Value - BeginTime).Days;
}
else//还没挂
{
return (DateTime.Now - BeginTime).Days;
}
}
}
}
这样，我们就可以很容易获得一个人的年龄了。
static void Main(string[] args)
{
Person p1 = new Person()
{
BeginTime = DateTime.Parse("1990-07-19")
}; Person p2 = new Person()
{
BeginTime = DateTime.Parse("1893-12-26"),
EndTiem = DateTime.Parse("1976-09-09")
}; Console.WriteLine("我今年" + p1.Age + "岁。");
Console.WriteLine("毛爷爷活了" + p2.Age + "岁。"); Console.ReadKey();
}
可空类型的实现
我们前面用到了 System.Nullable<DateTime> 来表示可空时间类型，其实平时我们用得更多的是 DateTime? 直接在类型T后面加一个问号，这两种是等效的。多亏了微软的语法糖。
我们来看看 System.Nullable<T> 到底是何物。
搜噶，原来是一个结构。还看到了我们属性的 HasValue和Value属性。原来竟这般简单。一个结构两个属性，一个存值，一个存是否有值。那么下面我们也来试试吧。
不好意思，让大家失望了。前面我们就说过了，值类型是不可以赋值null的(结构也是值类型)。
怎么办！怎么办！不对啊，微软自己也是定义的结构，它怎么可以直接赋值null呢。（奇怪，奇怪，毕竟是人家微软自己搞得，可能得到了特殊的待遇吧）
可是，这样就让我们止步了吗？NO!我们都知道，看微软的IL（中间语言）的时候，就像脱了它的衣服一样，很多时候不明白的地方都可以看个究竟，下面我们就去脱衣服。
首先，我们用几种不同的方式给可空类型赋值。
static void Main(string[] args)
{ System.Nullable<int> number1 = null; System.Nullable<int> number2 = new System.Nullable<int>(); System.Nullable<int> number3 = ; System.Nullable<int> number4 = new System.Nullable<int>(); Console.ReadKey();
}
然后用reflector看编译后的IL。
原来如此，可空类型的赋值直接等效于构造实例。赋null时其实就是调用空构造函数，有值时就就把值传入带参数的构造函数。(柳暗花明又一村。如此，我们是否可以接着上面截图中的 MyNullable<T> 继续模拟可空类型呢？且继续往下看。)
public struct MyNullable<T> where T : struct
{
//错误 1 结构不能包含显式的无参数构造函数
//还好 bool默认值就是false,所以这里不显示为 this._hasValue = false也不会有影响
//public MyNullable()
//{
// this._hasValue = false;
//}
public MyNullable(T value)//有参构造函数
{
this._hasValue = true;
this._value = value;
} private bool _hasValue; public bool HasValue//是否不为空
{
get { return _hasValue; }
} private T _value;
public T Value//值
{
get
{
if (!this._hasValue)//如没有值，还访问就抛出异常
{
throw new Exception(" 可为空的对象必须具有一个值");
}
return _value;
}
}
}
哟西，基本上已经模拟出了可空类型出来的。（但是我们还是不能直接赋值，只能通过构造函数的方式来使用自定义的可空类型）。
全部代码如下：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks; namespace 可空类型
{
public class Person
{
/// <summary>
/// 出生日期
/// </summary>
public DateTime BeginTime { get; set; }
/// <summary>
/// 死亡日期
/// </summary>
public MyNullable<DateTime> EndTiem { get; set; } //这里改用MyNullable
/// <summary>
/// 年龄
/// </summary>
public double Age
{
get
{
if (EndTiem.HasValue)//如果挂了(如果有值，证明死了)
{
return (EndTiem.Value - BeginTime).Days / ;
}
else//还没挂
{
return (DateTime.Now - BeginTime).Days / ;
}
}
}
} public struct MyNullable<T> where T : struct
{
//错误 1 结构不能包含显式的无参数构造函数
//还好 bool默认值就是false,所以这里不显示为 this._hasValue = false也不会有影响
//public MyNullable()
//{
// this._hasValue = false;
//}
public MyNullable(T value)//有参构造函数
{
this._hasValue = true;
this._value = value;
} private bool _hasValue; public bool HasValue//是否不为空
{
get { return _hasValue; }
} private T _value;
public T Value//值
{
get
{
if (!this._hasValue)//如没有值，还访问就抛出异常
{
throw new Exception(" 可为空的对象必须具有一个值");
}
return _value;
}
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Person p1 = new Person()
{
BeginTime = DateTime.Parse("1990-07-19")
}; Person p2 = new Person()
{
BeginTime = DateTime.Parse("1893-12-26"),
EndTiem = new MyNullable<DateTime>(DateTime.Parse("1976-09-09"))//这里使用MyNullable的有参构造函数
}; Console.WriteLine("我今年" + p1.Age + "岁。");
Console.WriteLine("毛爷爷活了" + p2.Age + "岁。"); Console.ReadKey();
} }
}
和系统的可空类型得出了相同的结果。
总结
- 可空类型是结构（也就是值类型）
- 所以可空类型的null值和引用类型的null是不一样的。（可空类型的并不是引用类型的null，而是用结构的另一种表示方式来表示null）
有同学问，怎么样才可以做到直接赋值呢？这个我也没有什么好的办法，或许需要编译器的支持。
以上内容都是胡说八道。希望能对您有那么一点点用处，感谢阅读。
============== 2016-06-05更新==============
上面我们提出了疑问“怎么样才可以做到直接赋值呢”，本来我是没有好的解决办法。这里要感谢我们的园友@冲杀给我提供了好的解决方案。
implicit（关键字用于声明隐式的用户定义类型转换运算符。）
public static implicit operator MyNullable<T>(T value)
{
return new MyNullable<T>(value);
}
只需要在 struct MyNullable<T> 中添加以上代码，就可以直接赋值了。（作用等效于是直接重写了“=”赋值符号）
完整代码如下：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks; namespace test
{
public class Person
{
/// <summary>
/// 出生日期
/// </summary>
public DateTime BeginTime { get; set; }
/// <summary>
/// 死亡日期
/// </summary>
public MyNullable<DateTime> EndTiem { get; set; } //这里改用MyNullable
/// <summary>
/// 年龄
/// </summary>
public double Age
{
get
{
if (EndTiem.HasValue)//如果挂了(如果有值，证明死了)
{
return (EndTiem.Value - BeginTime).Days / ;
}
else//还没挂
{
return (DateTime.Now - BeginTime).Days / ;
}
}
}
} public struct MyNullable<T> where T : struct
{
//错误 1 结构不能包含显式的无参数构造函数
//还好 bool默认值就是false,所以这里不显示为 this._hasValue = false也不会有影响
//public MyNullable()
//{
// this._hasValue = false;
//} public MyNullable(T value)//有参构造函数
{
this._hasValue = true;
this._value = value;
} private bool _hasValue; public bool HasValue//是否不为空
{
get { return _hasValue; }
} private T _value;
public T Value//值
{
get
{
if (!this._hasValue)//如没有值，还访问就抛出异常
{
throw new InvalidOperationException(" 可为空的对象必须具有一个值");
}
return _value;
}
} public static implicit operator MyNullable<T>(T value)
{
return new MyNullable<T>(value);
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Person p1 = new Person()
{
BeginTime = DateTime.Parse("1990-07-19")
}; Person p2 = new Person()
{
BeginTime = DateTime.Parse("1893-12-26"),
EndTiem = DateTime.Parse("1976-09-09")
//new MyNullable<DateTime>(DateTime.Parse("1976-09-09"))
//这里使用MyNullable的有参构造函数
}; Console.WriteLine("我今年" + p1.Age + "岁。");
Console.WriteLine("毛爷爷活了" + p2.Age + "岁。"); Console.ReadKey();
} }
}
如此，我们已经完成了自定义可空类型的直接赋值。但只是部分，如果想要赋值null呢？
同样还是出现了最开始的编译错误。我们想到既然上面的值赋值可以重新（隐式转换）,那null应该也可以啊（null是引用类型的一个特定值）。
再加一个重载：
//隐式转换
public static implicit operator MyNullable<T>(string value)
{
if (value == null)
return new MyNullable<T>();
throw new Exception("赋值右边不能为字符串");
//这里不知道是否可以在编译期间抛出错误(或者怎样限制只能传null)
}
如此可以满足我们的需求了（并无异常）。
可惜美中不足，如果给 p2.EndTiem 赋值一个非空字符串时，要运行时才会报错（而系统的可空类型会在编译期就报错）。不知道大神们可有解！！
虽然如此，能做到直接赋值还是让我小小激动了一把。为此，特意查了下关键字 implicit operator ，又是让我小小激动了一把，我们不仅可以“重写”赋值，我们还可以“重写”+ - * / % & | ^ << >> == != > < >= <=等运算符。
下面我们先来“重写”下自定义可空类型的比较（==）运算符。
//"重写"比较运算符
public static bool operator ==(MyNullable<T> operand, MyNullable<T> operand2)
{
if (!operand.HasValue && !operand2.HasValue)
{
return true;
}
else if (operand.HasValue && operand2.HasValue)
{
if (operand2.Value.Equals(operand.Value))
{
return true;
}
}
return false;
} //"重写"比较运算符
public static bool operator !=(MyNullable<T> operand, MyNullable<T> operand2)
{
return !(operand == operand2);
}
Console.WriteLine("p1.EndTiem == null," + (p1.EndTiem == null).ToString());
Console.WriteLine("p2.EndTiem == null," + (p2.EndTiem == null).ToString());
Console.WriteLine("p1.EndTiem == DateTime.Parse(1976-09-09)," + (p1.EndTiem == DateTime.Parse("1976-09-09")).ToString());
Console.WriteLine("p2.EndTiem == DateTime.Parse(1976-09-09)," + (p2.EndTiem == DateTime.Parse("1976-09-09")).ToString());
p1.EndTiem = DateTime.Parse("2016-06-06");
p2.EndTiem = null;
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("赋值 p1.EndTiem = DateTime.Parse(2016-06-06) p2.EndTiem = null 后：");
Console.WriteLine("p1.EndTiem == null," + (p1.EndTiem == null).ToString());
Console.WriteLine("p2.EndTiem == null," + (p2.EndTiem == null).ToString());
Console.WriteLine("p1.EndTiem == DateTime.Parse(2016-06-06)," + (p1.EndTiem == DateTime.Parse("2016-06-06")).ToString());
Console.WriteLine("p2.EndTiem == DateTime.Parse(2016-06-06)," + (p2.EndTiem == DateTime.Parse("2016-06-06")).ToString());
结果完全符合！
完整代码如下：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks; namespace test
{
public class Person
{
/// <summary>
/// 出生日期
/// </summary>
public DateTime BeginTime { get; set; }
/// <summary>
/// 死亡日期
/// </summary>
public MyNullable<DateTime> EndTiem { get; set; } //这里改用MyNullable
/// <summary>
/// 年龄
/// </summary>
public double Age
{
get
{
if (EndTiem.HasValue)//如果挂了(如果有值，证明死了)
{
return (EndTiem.Value - BeginTime).Days / ;
}
else//还没挂
{
return (DateTime.Now - BeginTime).Days / ;
}
}
}
} public struct MyNullable<T> where T : struct
{
//错误 1 结构不能包含显式的无参数构造函数
//还好 bool默认值就是false,所以这里不显示为 this._hasValue = false也不会有影响
//public MyNullable()
//{
// this._hasValue = false;
//} public MyNullable(T value)//有参构造函数
{
this._hasValue = true;
this._value = value;
} private bool _hasValue; public bool HasValue//是否不为空
{
get { return _hasValue; }
} private T _value;
public T Value//值
{
get
{
if (!this._hasValue)//如没有值，还访问就抛出异常
{
throw new InvalidOperationException(" 可为空的对象必须具有一个值");
}
return _value;
}
} //隐式转换
public static implicit operator MyNullable<T>(T value)
{
return new MyNullable<T>(value);
} //隐式转换
public static implicit operator MyNullable<T>(string value)
{
if (value == null)
return new MyNullable<T>();
throw new Exception("赋值右边不能为字符串");
//这里不知道是否可以在编译期间抛出错误(或者怎样限制只能传null)
} //"重写"比较运算符
public static bool operator ==(MyNullable<T> operand, MyNullable<T> operand2)
{
if (!operand.HasValue && !operand2.HasValue)
{
return true;
}
else if (operand.HasValue && operand2.HasValue)
{
if (operand2.Value.Equals(operand.Value))
{
return true;
}
}
return false;
} //"重写"比较运算符
public static bool operator !=(MyNullable<T> operand, MyNullable<T> operand2)
{
return !(operand == operand2);
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Person p1 = new Person()
{
BeginTime = DateTime.Parse("1990-07-19")
}; Person p2 = new Person()
{
BeginTime = DateTime.Parse("1893-12-26"),
EndTiem = DateTime.Parse("1976-09-09")
//new MyNullable<DateTime>(DateTime.Parse("1976-09-09"))
//这里使用MyNullable的有参构造函数
}; Console.WriteLine("我今年" + p1.Age + "岁。");
Console.WriteLine("毛爷爷活了" + p2.Age + "岁。");
Console.WriteLine(); Console.WriteLine("p1.EndTiem == null," + (p1.EndTiem == null).ToString());
Console.WriteLine("p2.EndTiem == null," + (p2.EndTiem == null).ToString());
Console.WriteLine("p1.EndTiem == DateTime.Parse(1976-09-09)," + (p1.EndTiem == DateTime.Parse("1976-09-09")).ToString());
Console.WriteLine("p2.EndTiem == DateTime.Parse(1976-09-09)," + (p2.EndTiem == DateTime.Parse("1976-09-09")).ToString()); p1.EndTiem = DateTime.Parse("2016-06-06");
p2.EndTiem = null;
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("赋值 p1.EndTiem = DateTime.Parse(2016-06-06) p2.EndTiem = null 后：");
Console.WriteLine("p1.EndTiem == null," + (p1.EndTiem == null).ToString());
Console.WriteLine("p2.EndTiem == null," + (p2.EndTiem == null).ToString());
Console.WriteLine("p1.EndTiem == DateTime.Parse(2016-06-06)," + (p1.EndTiem == DateTime.Parse("2016-06-06")).ToString());
Console.WriteLine("p2.EndTiem == DateTime.Parse(2016-06-06)," + (p2.EndTiem == DateTime.Parse("2016-06-06")).ToString()); Console.ReadKey();
} }
}
转换关键字：operator、explicit与implicit解析资料：http://www.cnblogs.com/hunts/archive/2007/01/17/operator_explicit_implicit.html
大家还可以玩出更多的花样！！！
本文已同步至《C#基础知识巩固系列》
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