[原]C#：nullable对象

出于对数据库访问的需要，C#中定义了一种类型，称为nullable类型。比如，在访问数据库时，需要返回某个整型字段的值。但是，当数据库中不存在符合条件的纪录时，返回的将是null。这样，以下这段代码便是非法：
int result = aDbCmd.ExecuteScalar(); // aDbCmd.ExecuteScalar() returns null to indicate no result fetched.

MS提到了普遍使用的三种解决方法：
1、用一个特殊值来表示。缺点在于你需要确定确实有一个值，除了用来指示是否为空外永远不会被用到；
2、使用一个bool型的字段或者变量来指示。缺点在于难于作为参数和返回值使用；
3、定义一个自定义的可空类型。但只能用于一个封闭的，无法拓展的类型集合。

于是MS使用了nullable类型。其实在我看来，MS只不过是利用了它对C#的控制，扩充了第三种解决方法，将某种东西附加到每个non-nullable的类型上。在C#中，nullable的表示是在类型之后加上“?”。可以认为以下两种定义是等价的：
T?等价于
struct nullable
{
    private T value;
    private bool nullIndicator;
    public T Value
    {
        get
        {
            if (!nullIndicator)
                throw new InvalidOperationException();
            return value;
        }
    }
    public bool HasValue
    {
       get { return nullIndicator; }
    }
    public nullable(T aValue)
    {
       value = aValue;
       nullIndicator = true;
    }
    public nullable()
    {
       value = UnInitializedT;
       nullIndicator = false;
    }
    // ...
}

也就是说，T? anObj与nullable anObj是等价的。

对于nullable对象的使用，如下：
int? x = 123;
int? y = null;
if (x.HasValue) Console.WriteLine(x.Value);
if (y.HasValue) Console.WriteLine(y.Value); // Nothing written.

好了，有了这些，我们就可以开始考察关于nullable的一些规则了。首先解释几个概念：
1、nullable转换和提升的转换。这两种类型转换允许预定义和自定义的转换同时能够用于non-nullable的值类型和这些类型的nullable形式。
2、提升的操作符。允许预定义和自定义的操作符同时能够用于non-nullable的值类型和这些类型的nullable形式。
3、null传播。直接将null转换成null，否则执行底层类型的non-nullable的转换。

概念也清楚了，本质也清楚了，那么就不难搞懂下面这些规则了：
1、底层的类型必须是non-nullable的值类型。啥也不用解释了，看看上面关于nullable的定义就明白。
2、隐含的类型转换。比如： int? a = 123;这里将一个字面常量隐式转换成nullable的int，其实这里就是创建一个nullableT，并用123去初始化它。
3、null传播。两个non-nullable的类型s和t，s?和t?之间的类型转换就是将底层的s和t进行转换，在将它们分别装到s?和t?中。从s到t?和从t到s?也一样。但是，将s?转换到t，或者t?转换到s是就会存在null传播问题：此时相当于将null赋值给non-nullable的值类型，.NET Framework将会抛出一个异常，如nullable中Value属性所示。即：
int? a = null;
int b = (int)a; // Exception will be thrown.
4、提升的类型转换。也就是说，本来用于non-nullable的转换操作被提升到nullable的转换操作，对应nullable的类型转换。
5、提升的操作符。首先说说非比较操作符。本来用于non-nullable的操作被提升到nullable的操作，对应nullable的操作。如：
int? a = 123;
int? b = 456;
int? x = a + b;
此处“+”操作符本来只能操作int，但是由于操作符提升，该操作被提升为两个nullable之间的加操作。根据null传播规则，若a和b中有任一个是null，那么x的结果就是null。
对于提升的比较操作符，其语义与底层类型的比较操作符一致。然而，两个nullable对象都是null，那么这两个对象是相等的。当提升的比较操作符的两个操作数其一或者两者为null，<，>，<=，>=返回的都是false。也就是说，提升的比较操作符上升到了比较nullable对象——无法判断某个值与null的大小。

说到底，将T?理解成nullable有助于理解上述规则。如果记不住上述的这些规则（以及一些此处未阐述的规则），记住这一条就行了。

PS. 笔者认为本文中介绍的技术不是很有用。

参考：
C# 2.0 / 3.0 Specification

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