[C#] Nullable 可空值類型

1. 簡寫

• 以後綴 ? 之前接在類型名稱後面，也就是 T? 可以視同為 Nullable<T>
• 舉例來說，下列四個變數類型名稱完全等價：
  • Nullable<int>
  • Nullable<int32>
  • int?
  • int32

2. 定義

• Nullable 的核心程式碼為:

public struct Nullable<T> where struct  // 類型約束為非空值類型
{
    private readonly T value;
    private readonly bool hasValue;

    public Nullable(T value)
    {
        this.value = value;
        this.hasValue = true;
    }
    public bool HasValue { get { return hasValue; } }
    public T Value
    {
        get
        {
            if (!hasValue)
            {
                threw new InvalidOperationException();
            }
            return value;
        }
    }
}

• 由於 Nullable 的空值定義為 hasValue == false, 故以下兩者為等價
  • int? x = new int?();
  • int? x = null;

3. 轉換

• 允許 T 到 Nullable 的隱式轉換

int x = 5;
int? y = x;

• 允許 Nullable 到 T 的顯式轉換

int? x = 5;
int y = (int)x;

• 通過填充 null 值擴展已有功能的過程稱為 提升 lifting。

• C# 允許對非可空類型 T 做運算子重載，但 Nullable<T> 同時也會重載相同的運算子，稱為 提升運算子 lifting operator。

  • 可重載的運算子包含：
    • 一元運算子： +, ++, -, --, !, ~, true, false
    • 二元運算子： +, -, *, /, %, &, |, ^, >>, <<
    • 等價運算子： ==, !=
    • 關係運算子： <, >, <=, >=
  • 提升運算子的規則：
    • true 和 false 運算子不能被提升。
    • T 必須是非可空值，其運算子才能被提升。
    • 對於等價運算子和關係運算子，原運算子的返回類型必須是 bool 類型
    • 對於 Nullable<bool> 的 & 與 | 運算子有單獨定義
  • 提升運算子範例：

  int? nullInt = null;
  int? five = 5;
  int? four = 4;
  
  Console.WriteLine(-nullInt);            // null
  Console.WriteLine(-five);               // -5
  Console.WriteLine(five + nullInt);      // null
  Console.WriteLine(five + four);         // 4
  Console.WriteLine(four & nullInt);      // null
  Console.WriteLine(four & five);         // 4
  Console.WriteLine(nullInt == nullInt);  // true
  Console.WriteLine(five == five);        // true
  Console.WriteLine(five == nullInt);     // false
  Console.WriteLine(five == four);        // false
  Console.WriteLine(four < five);         // true
  Console.WriteLine(nullInt < five);      // false
  Console.WriteLine(four < nullInt);      // false
  Console.WriteLine(nullInt < nullInt);   // false
  Console.WriteLine(nullInt <= nullInt);  // false

  • 可空值邏輯真值表： |x|y|x&y|x|y|x^y|!x| |---|---|---|---|---|---| |true|true|true|true|false|false| |true|false|false|true|true|false| |true|null|null|true|null|false| |false|true|false|true|true|true| |false|false|false|false|false|true| |false|null|false|null|null|true| |null|true|null|true|null|null| |null|false|false|null|null|null| |null|null|null|null|null|null|

• 注意 C# 2中，比較操作的結果不能為 null

• 在 SQL 中，比較中的兩者中若有一者為 null 則結果不能預期

4. as 運算子

• 在 C# 2，as 除了可用於物件，也可用於可空值類型。
• 當原始引用的類型不匹配，或為 null 時，返回 null 值：

public static void Main()
{
    object[] obj = new object[]{
        null,
        "3",
        '3',
        3,
        5.5
    };
    foreach (var o in obj) print(o);
}
public static void print(object o)
{
    int? num = o as int?;
    Console.WriteLine(num.HasValue ? num : "something");
}
// something
// something
// something
// 3
// something

5. ?? 運算子

• 當 ?? 前非 null 時依原本的值代入，若為 null 則以 ?? 後的值代入。

int a = 5;
int? b = 10;
int? c = null;

Console.WriteLine("a + b = {0}", a + (b ?? 0));     // 15
Console.WriteLine("a + b = {0}", a + (c ?? 0));     // 5

6. ?. 運算子

• 當 ?. 前為非 null 時，繼續往下做，可連續

List<int> a = null;
List<int> b = default;
List<int> c = new List<int>{ 1,3,5,7,9 };

Console.WriteLine(a?.Count);    //
Console.WriteLine(b?.Count);    //
Console.WriteLine(c?.Count);    // 5