.NET中可空值类型实现原理
为了让.Net中的值类型可以赋值为null,微软特地添加了Nullable<T>类型,也可简写为T?。但是Nullable<T>自身是结构体,也是值类型,那么它是如何实现将null赋值给值类型的呢?
下面通过自定义一个可空值类型来讲解Nullable<T>的实现原理。
自定义可空值类型
struct XfhNullable<T> where T : struct {private T innerValue;//这个属性很重要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;} }
一个可空值类型的结构体大致功能已经定义好了,下面我们来创建可空值类型的实例来验证下。
using static System.Console;class Program {static void Main(){//使用结构体默认的无参构造函数进行实例化XfhNullable<int> num = new XfhNullable<int>();WriteLine(num.HasValue);WriteLine(null_num.GetValueOrDefault());} }
可以看到,变量num并不含有值,调用GetValueOrDefault()
则会获取它的默认值 0;
这时我们将null赋值给变量num会发现编译器报错Cannot convert null to 'XfhNullable<int>' because it is a non-nullable value type
这是因为编译器把我们定义的结构体XfhNullable<T>
看作是普通值类型而非可空值类型,所以我们还要添加可空值类型和XfhNullable<T>
之间的转换功能。
public static implicit operator XfhNullable<T>(T? nullabelValue) {if (nullabelValue== null){return new XfhNullable<T>();}return new XfhNullable<T>(nullabelValue.Value); }
上面的代码实现了可空值类型向XfhNullable<T>
的隐式转换,添加上面代码之后发现编译器不再报错。XfhNullable<T>
已经成为一个可为null的值类型。
static void Main() {XfhNullable<int> null_num = null;WriteLine(null_num.HasValue); }
XfhNullable<T>
中的属性HasValue
的作用就是标记当前类型是否为null,若是则返回False
,否则返回True
。当HasValue
为False
时调用该类型的Value
属性则会抛出异常InvalidOperationException
。但可调用GetValueOrDefault()
方法来获取类型的默认值。
Nullable<T>
类型可以通过运算符==
来判断值是否为null,我们也可以通过运算符重载来实现该功能:
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); }
接下来,我们来实现普通值类型和XfhNullable<T>
之间的转换:
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类型隐式转换为XfhNullable<int>类型WriteLine(null_num == null);WriteLine(null_num.Value);int i = (int)null_num;//XfhNullable<int>类型强制转换为int类型 WriteLine(i); }
获取实例在运行时的类型:
static void Main() {XfhNullable<int> null_num = 12;WriteLine(null_num.GetType()); }
这个返回值不大友好,我们希望这里返回内置的值类型,System.Int32
,具体实现代码如下:
//因为Object类中的GetType方法不允许子类重写(避免子类隐藏自己的实际类型) //所以这里使用关键字new来隐藏Object类中的GetType方法 public new Type GetType() {return innerValue.GetType(); }
结论:没有可为空的值类型
至此,我们已经自定义了一个可为空的值类型XfhNullable<T>
,通过以上代码,我们不难发现所谓可为空的值类型是不存在的,它是通过属性HasValue
来对null值进行标记的,其内部通过字段innerValue
(该字段对应Nullable<T>中的value字段)来维护该类型的值,若被赋值为null则innerValue
初始化为值类型的初始值。换句话说,Nullable<T>只是在逻辑层面上实现了把null赋值给值类型,给我们一种值类型可为null的感觉。
最后说下可空值类型的装箱与拆箱。
CLR在对Nullable<T>
实例执行装箱操作时首先检查它是否为null,若是则CLR不装箱任何东西而是直接返回null;若实例的值不是null则获取该实例的值(Value属性)并对这个值进行装箱操作。
拆箱时,对于null则返回一个Nullable<T>()
实例,对于一个具体的数值,如5,则返回Nullable<T>(5)
实例。
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