C# 可空引用類型

可空引用類型是C#8.0計劃新增的一個功能，不過已經發佈了預覽版本，今天我們來體驗一下可空引用類型。

安裝

您必須下載Visual Studio 2017 15.5預覽版（目前最新發佈版本是15.4），下載地址：https://www.visualstudio.com/en-us/news/releasenotes/vs2017-preview-relnotes。

安裝Roslyn擴展預覽版本：

1. 下載並解壓 Roslyn_Nullable_References_Preview.zip [最新版本 11/15/17]；
2. 關閉所有運行的Visual Studio；
3. 運行zip根目錄中的 .\install.bat 腳本（如果需要卸載擴展，可以運行.\uninstall.bat腳本）；

語法與類型

在語法上，可為空引用類型與可為空值類型使用的語法是一致的，在類型後面追加 ? 即可。

class Person
{
    public string FirstName;   
    public string? MiddleName; 
    public string LastName;
}

我們都知道當初微軟在增加可為空值類型的時候，實際是在框架中增加了System.Nullable<>類型，您肯定會問，可為空引用類型以框架中又增加了什麼新的類型。

我們來看一個演示：

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine(typeof(string?).FullName);
        }
    }

輸出結果：

您是否覺得奇怪，怎麼輸出的是System.String，是的，其實微軟在框架中沒有加入任何類型，我們Person類型進行編譯後，再通過dotPeek進行反編譯，就明白到底發生了什麼。

反編譯後的結果：

    internal class Person
    {
        public string FirstName;
        [Nullable]
        public string MiddleName;
        public string LastName;
    }

只是在MiddleName欄位上增加了System.Runtime.CompilerServices.NullableAttribute標記。

我們來看一看屬性、參數、變數、返回值編譯之前與編譯之後的比對結果。

屬性

    // 編譯前：
    public string? MiddleName { get; set; }  
  
    // 編譯後:
    [Nullable]
    public string MiddleName { [return: Nullable] get; [param: Nullable] set; }

參數

    // 編譯前：
    public Person(string? middleName )
    {
        this.MiddleName = middleName;
    }

    // 編譯後:
    public Person([Nullable] string middleName)
    {
      this.MiddleName = middleName;
    }

返回值

    // 編譯前：
    public string? DoSomething()
    {
        return null;
    }

    // 編譯後:
    [return: Nullable]
    public string DoSomething()
    {
      return (string) null;
    }

變數

    // 編譯前：
    string? name;

    // 編譯後:
    string name;

這裡除了變數，其它的都使用了NullableAttribute標記進行的修飾。

它可以做什麼？

通過上面的章節，我們知道，可為空引用類型只是在參數、屬性、參數和返回值中使用NullableAttribute標記進行修飾，實際上對程式的正常運行沒有任何的影響。那麼它可以為我們做什麼呢？

表達意圖

在C#中不能表達這個變數、參數、欄位、屬性，返回值等可能為null或不能為null，可為空類型可以幫我們解決這個問題。

    class Person
    {
        public string FirstName;   // 不為null
        public string? MiddleName; // 可能為null
        public string LastName;    // 不為null
    }

這個類型的可以表示每一個人都應該 FristName 和 LastName ，但是不是每一個人都應該有 MiddleName。

編譯器檢測

可為空引用類型的另一個好處是編譯器可以幫助我們檢測代碼，比如對於直接使用可為空引用類型的屬性，編譯器會發出警告。

    void M(Person p)
    {
        p.FirstName = null;          // 1 WARNING: Cannot convert null to non-nullable reference。
        p.LastName = p.MiddleName;   // 2 WARNING: Possible null reference assignment.
        string s = default(string);  // 3 WARNING: Cannot convert null to non-nullable reference。
        
        if (p.MiddleName != null) 
        {
            WriteLine(p.MiddleName.Length); // ok
        }
        
         WriteLine(p.MiddleName!.Length); // ok
    }
    
    class Person
    {
        public string FirstName;     // 4 WARNING: Non-nullable field 'FirstName' is uninitialized.
        public string? MiddleName; 
        public string LastName;      // 5 WARNING: Non-nullable field 'LastName' is uninitialized.
    }

編譯器會幫我們做以下幾點檢測：

1. 如果給非可為空引用類型賦null值或可為空引用類型的值，則會發出警告；
2. 如果直接使用可為空引用類型，則會發出警告；
3. 如果從來沒有給非可為空引用類型的屬性賦值，則會發出警告；
4. 如果需要直接使用可為空引用類型，需要使用 ! 符號告訴編譯器，您已經確認過該值不可能為空。

當然這隻是編譯器的行為，可以禁用與之相關的警告提示。

總結

空引用類型是一個語法糖，只是在編譯器的層面幫我們發現可能發生的問題，對程式的正常運行沒有任何作用。

參考資料：

• https://blogs.msdn.microsoft.com/dotnet/2017/11/15/nullable-reference-types-in-csharp/

• https://github.com/dotnet/csharplang/wiki/Nullable-Reference-Types-Preview