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.NET中可空值类型实现原理

  • 发布:.Net培训
  • 来源:NET知识
  • 时间:2018-05-29 16:39

为了让.Net中的值类型可以赋值为null,微软特地添加了Nullable类型,也可简写为T?。但是Nullable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的实现原理。

自定义可空值类型

struct XfhNullable 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 num = new XfhNullable();

WriteLine(num.HasValue);

WriteLine(null_num.GetValueOrDefault());

}

}

.NET中可空值类型实现原理

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' 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之间的转换功能。

public static implicit operator XfhNullable(T? nullabelValue)

{ if (nullabelValue== null)

{ return new XfhNullable();

} return new XfhNullable(nullabelValue.Value);

}

上面的代码实现了可空值类型向XfhNullable的隐式转换,添加上面代码之后发现编译器不再报错。XfhNullable已经成为一个可为null的值类型。

static void Main(){

XfhNullable null_num = null;

WriteLine(null_num.HasValue);

}

.NET中可空值类型实现原理

XfhNullable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 cn, object obj)

{ if (cn.HasValue)

{ return false;

} return true;

}public static bool operator !=(XfhNullable cn, object obj)

{ return !(cn == obj);

}

static void Main(){

XfhNullable null_num = null;

WriteLine(null_num == null);

}

.NET中可空值类型实现原理

接下来,我们来实现普通值类型和XfhNullable之间的转换:

public static implicit operator XfhNullable(T value)

{ return new XfhNullable(value);

}public static explicit operator T(XfhNullable value){ return value.innerValue;

}

static void Main(){

XfhNullable null_num = null;

null_num = 12;//int类型隐式转换为XfhNullable类型

WriteLine(null_num == null);

WriteLine(null_num.Value); int i = (int)null_num;//XfhNullable类型强制转换为int类型

WriteLine(i);

}

.NET中可空值类型实现原理

获取实例在运行时的类型:

static void Main(){

XfhNullable null_num = 12;

WriteLine(null_num.GetType());

}

.NET中可空值类型实现原理

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 ew Type GetType(){ return innerValue.GetType();

}

.NET中可空值类型实现原理

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,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()实例,对于一个具体的数值,如5,则返回Nullable(5)实例。


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