C# 中可空类型的价值点是什么答案

【问题标题】：What Is The Point of Value on Nullable Types In C#C# 中可空类型的价值点是什么
【发布时间】：2017-11-21 20:44:05
【问题描述】：

试图更好地理解为什么这是一个语言特性：

我们有：

public static DateTime? Date { get; set; }


static void Main(string[] args)
{
    Date = new DateTime(2017, 5, 5);

    Console.WriteLine(Date.Value.Date);
    Console.Read();
}

为什么我需要使用 Value 从可空类型中获取值？它不像在调用 Date 之前检查 null，如果值为 null 它将抛出 NullReference 异常。我明白为什么 .HasValue 可以工作，

但不确定为什么我们需要在每个可空类型上使用 .Value？

【问题讨论】：

呃，不然你怎么读值？
它的类型为Nullable<DataType>。这是编译器对你隐藏的。
@AdamWeitzman 你可以。这就是您获得Value 和HasValue 以及Nullable<T> 的所有其他成员的方式。
因为DateTime? 转换为Nullable<DateTime>，它不再是DateTime 原始类型了。
@AdamWeitzman look at the code yourself

标签： c# .net nullable

【解决方案1】：

首先让我们澄清一下这个问题。

在 C# 1.0 中，我们有两大类类型：值类型（永远不会为空）和引用类型（可以为空）。 *

值和引用类型都支持成员访问运算符，.，它选择与实例关联的值。

对于引用类型，. 运算符与接收者的可空性之间的关系是：如果接收者是空引用，则使用 . 运算符会产生异常。由于 C# 1.0 值类型首先不能为空，因此无需指定当您 . 为空值类型时会发生什么；它们不存在。

在 C# 2.0 中添加了可空值类型。就它们在内存中的表示而言，可空值类型并没有什么神奇之处。它只是一个带有值实例的结构和一个表示它是否为空的布尔值。

有一些编译器魔法 (**)，因为可空值类型伴随着提升语义。提升我们的意思是对可空值类型的操作具有“如果值不为空，则对该值执行操作并将结果转换为可空类型；否则结果为空”的语义. (***)

也就是说，如果我们有

int? x = 2;
int? y = 3;
int? z = null;
int? r = x + y; // nullable 5
int? s = y + z; // null

编译器在幕后使用各种魔法来有效地实现提升算法； see my lengthy blog series on how I wrote the optimizer if this subject interests you.

但是，. 运算符没有解除。它可能是！至少有两种可能的设计是有意义的：

nullable.Whatever() 可以像可空引用类型那样表现：如果接收者为空，则抛出异常，或者
它的行为可能类似于可空算术：如果 nullable 为空，则省略对 Whatever() 的调用，结果是 Whatever() 将返回的任何类型的空值。

所以问题是：

当. 操作符设计合理时，为什么需要.Value. 才能正常工作并提取基础类型的成员？

嗯。

注意我刚刚在那里做了什么。 有两种可能性都非常合理，并且与该语言的既定、易于理解的方面一致，但它们相互矛盾。语言设计者发现自己总是陷入这种裂痕。我们现在处于完全不明显的情况下，可空值类型上的 . 是否应该像引用类型上的 . 一样，或者 . 是否应该像可空 int 上的 + 一样表现。两者都是合理的。随便选哪一个，都会有人认为是错的。

语言设计团队考虑了替代方案，例如使其明确。例如，“Elvis”?. 运算符明确是提升为可空成员访问。这被考虑用于 C# 2.0 但被拒绝，然后最终添加到 C# 6.0。考虑了一些其他语法解决方案，但都因历史原因被拒绝。

我们已经看到. 在值类型上存在潜在的设计雷区，但等等，情况会变得更糟。

现在让我们考虑. 应用于值类型时的另一个方面：如果值类型是糟糕的可变值类型，并且成员是字段，那么如果x 是一个变量，那么x.y 就是一个变量，否则就是一个值。也就是说，如果x 是变量，则x.y = 123 是合法的。但是，如果x 不是变量，则 C# 编译器不允许赋值，因为赋值将针对值的副本。

这与可空值类型有何关系？如果我们有一个可以为空的可变值类型X?，那么会做什么

x.y = 123

做吗？请记住，x 确实是 不可变 类型 Nullable<X> 的实例，所以如果这意味着 x.Value.y = 123，那么 我们正在改变 Value 属性返回的值的副本，这似乎非常非常错误。

那么我们该怎么办？可空值类型本身是否应该是可变的？这种突变将如何发挥作用？是copy-in-copy-out语义吗？这意味着ref x.y 是非法的，因为ref 需要一个变量，而不是一个属性。

这会变成一个巨大的混乱。

在 C# 2.0 中，设计团队试图将泛型添加到语言中；如果您曾经尝试将泛型添加到现有类型系统中，您就会知道这需要做多少工作。如果你还没有，那么工作量很大。我认为设计团队可以通过决定解决所有这些问题并使. 对可空值类型没有特殊意义。 “如果你想要这个价值，那么你打电话给.Value”的好处是不需要设计团队做任何特别的工作！同样，“如果使用可变的可为空值类型会造成伤害，那么也许停止这样做”对于设计师来说成本很低。

如果我们生活在一个完美的世界中，那么我们将在 C# 1.0 中拥有两种正交类型：引用类型与值类型，可空类型与不可空类型。我们得到的是 C# 1.0 中的可空引用类型和不可空值类型，C# 2.0 中的可空值类型，以及 15 年后的 C# 8.0 中的不可空引用类型。

在那个完美的世界里，我们会整理出所有的运算符语义、提升语义、变量语义等等，一次性使它们保持一致。

但是，嘿，我们并不生活在那个完美的世界里。我们生活在一个完美是善的敌人的世界里，在 C# 2.0 到 5.0 中你必须说 .Value. 而不是 .，在 C# 6.0 中说 ?.。

* 我故意忽略了指针类型，它们可以为空并且具有值类型的一些特征和引用类型的一些特征，并且它们有自己的特殊运算符用于解引用和成员访问。

** 还有一些神奇的东西，比如：可空值类型不满足值类型约束，可空值类型框到空引用或装箱的基础类型，以及许多其他小的特殊行为。但是内存布局并没有什么神奇之处。它只是一个布尔值。

*** 函数式程序员当然知道这是对 Maybe monad 的绑定操作。

【讨论】：

哦，天哪，这就像你的博客，但在 SO。谢谢！
我的意思是，我不知道 C#9 但对于 8 .Value 仍然实现为返回只读原始副本的 getter，这仍然很糟糕，因为我们仍然不获得可变的可空值类型（即使像SpinLock? haveFun 这样的疯狂东西仍然编译得很好）。他们所要做的就是放下一对readonlys 和那个吸气剂；那么，如果您可以将Value 设置为某个值而HasValue 保持为假，那真的是一个问题吗？

【解决方案2】：

这是由于可空类型是如何实现的。

问号语法只翻译成Nullable<T>，这是一个你可以自己编写的结构（除了…? 语法是这种类型的语言特性）。

Nullable<T> 的 .NET Core 实现是开源的，its code 有助于解释这一点。

Nullable<T>只有一个布尔字段和一个底层类型的值字段，只是在访问.Value时抛出异常：

public readonly struct Nullable<T> where T : struct
{
    private readonly bool hasValue; // Do not rename (binary serialization)
    internal readonly T value; // Do not rename (binary serialization)

    …

    public T Value
    {
        get
        {
            if (!hasValue)
            {
                ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_NoValue);
            }
            return value;
        }
    }
…

当您执行 DateTime aDateTime = (DateTime)nullableDateTime 之类的强制转换/赋值时，您只需调用在同一类上定义的运算符，该运算符的工作方式与在自定义类型上定义的运算符完全相同。此运算符仅调用.Value，因此演员表隐藏了对该属性的访问：

    public static explicit operator T(Nullable<T> value)
    {
        return value.Value;
    }

还有一个用于反向赋值的运算符，所以DateTime? nullableNow = DateTime.Now 会调用：

    public static implicit operator Nullable<T>(T value)
    {
        return new Nullable<T>(value);
    }

【讨论】：