C# 中的 null 包容运算符 “!” —— 概念、由来、用法和注意事项
在 2020 年的最后一天，博客園發(fā)起了一個開源項目：基于 .NET 的博客引擎 fluss，我抽空把源碼下載下來看了下，發(fā)現(xiàn)在屬性的定義中，有很多地方都用到了?null!，如下圖所示：
這是什么用法呢？之前沒有在項目中用過，所以得空就研究了一下。
以前，!?運算符用來表示 “否”，比如不等于?!=。在 C# 8.0 以后，!?運算符有了一個新意義——?null?包容運算符，用來控制類型的可空性。要了解?null?包容運算符，首先就要了解可為 null 的引用類型。
可為 null 的引用類型
C# 8.0 引入了可為 null 的引用類型，與可空類型補充值類型的方式一樣，它們以相同的方式補充引用類型。也就是說，通過將???追加到某引用類型，可以將變量聲明為可以為 null 的引用類型。例如，string??表示可以為?null?的?string。使用這些新類型可以更清楚地表達代碼設(shè)計的意圖 —— 比如將某些變量聲明為?必須始終具有值，而其他一些變量聲明為?可以缺少值。
借助這個定義，我們在定義引用類型的變量或?qū)傩詴r，便有了兩種選擇：
假定引用不可以為?null。?當變量定義為不可以為?null?時，編譯器會強制執(zhí)行規(guī)則——確保在不檢查它們是否為?null?的前提下，取消引用這些變量是安全的：
變量必須初始化為非?null?值。
變量永遠不能賦值為?null。
假定引用可以為?null。?當變量定義為可以為?null?時，編譯器會強制執(zhí)行不同的規(guī)則——確保您自己已正確檢查?null?引用：
只有當編譯器可以保證該值不為?null?時，才可以取消引用該變量。
這些變量可以用默認的?null?值進行初始化，也可以在其他代碼中賦值為?null。
與 C# 8.0 之前對引用變量的處理相比，這個新功能提供了顯著的優(yōu)勢。在早期版本中，不能通過變量的聲明來確定設(shè)計意圖，編譯器沒有為引用類型提供針對?null?引用異常的安全性。
通過添加可為?null?的引用類型，您可以更清楚地聲明您的意圖。null?值是表示一個變量不引用值的正確方法，請不要使用此功能從代碼中刪除所有的?null?值。而是，應(yīng)向編譯器和閱讀代碼的其他開發(fā)人員聲明您的意圖。通過聲明意圖，編譯器會在您編寫與該意圖不一致的代碼時警告您。
是不是讀起來有點繞？還是直接看示例比較容易理解些，請繼續(xù)往下看。首先，我們來
啟用可為 null 的引用類型
有三種方法可以啟用可為 null 的引用類型。
在項目文件中啟用
<Nullable>enable</Nullable>將上面這一行添加到項目文件中，為當前項目啟用?可為 null 的引用類型，如下圖所示：
在自定義項目屬性中啟用
在?Directory.Build.props?文件中可以為目錄下的所有項目啟用?可為 null 的引用類型， 下面截圖是 fluss 項目中的設(shè)置：
使用預(yù)處理器指令啟用
可以使用?#nullable enable?和?#nullable disable?預(yù)處理器指令在代碼中的任意位置啟用和禁用?可為 null 的引用類型：
舉例說明
典型用法
假設(shè)有這個定義：
class Person {public string? MiddleName; }如下這樣調(diào)用：
void LogPerson(Person person) {Console.WriteLine(person.MiddleName.Length); // 警告 CS8602 解引用可能出現(xiàn)空引用。Console.WriteLine(person.MiddleName!.Length); // 沒有警告 }這個?!?運算符基本上就是關(guān)閉了編譯器的空檢查。
內(nèi)部運行機制
使用此運算符告訴編譯器可以安全地訪問可能為?null?的內(nèi)容。您可以用它來表達在這種情況下“不關(guān)心”?null?安全性。
當我們討論到?null?安全性時，一個變量可以有兩種狀態(tài)：
Nullable : 可以為?null。
Non-Nullable ：不可以為?null。
!?：從 Nullable 改為 Non-Nullable
??：從 Non-Nullable 改為 Nullable
Nullable：string? x;
x?是引用類型，因此默認是不可以為?null?的。
我們使用???運算符將其改為可以為?null?的。
x = null;?賦值正常，沒有警告。
Non-Nullable：string y;
y?是引用類型，因此默認是不可以為?null?的。
y = null;?賦值會產(chǎn)生一個警告，因為您給一個聲明為不支持?null?的變量分配了一個?null?值。
如下圖：
!?運算符的用法
string x; string? y = null;x = y;
非法！警告：將 null 文本或可能的 null 值轉(zhuǎn)換為不可為 null 類型（y?可能為?null）。
賦值運算符?=?左邊是不可以為?null?的，但右邊是可以為?null?的。
x = y!;
合法！
賦值運算符?=?左右兩邊都是不可以為?null?的。
因為?y!?使用了?!?運算符到?y，使得右邊也變成了不可以為?null?的，所以賦值沒有問題。
如下圖：
???警告：?null?包容運算符?!?僅在類型系統(tǒng)級別關(guān)閉編譯器檢查；在運行時，該值仍然可能是?null。
這是反模式的
C# 編程時應(yīng)該盡量避免使用?null?包容運算符?!。
有一些有效的使用場景（在下面會介紹），比如單元測試，使用這個運算符是適合的。不過，在 99% 的情況下，使用替代解決方案會更好。請不要只是為了取消警告，而在代碼中打幾十個?!。要想清楚您的場景是否真的值得使用它。
???? 可以使用，但要小心使用。如果沒有實際的目的或使用場景，請不要使用它。
null?包容運算符?!?抵消了您獲得的編譯器保證的?null?安全性的作用！
使用?!?運算符將導(dǎo)致很難發(fā)現(xiàn) bug。如果您定義了一個標記為不可以為?null?的屬性，您也就假定了可以安全地使用它。但是在運行時，您卻突然遇到?NullReferenceException?異常而撓頭，因為一個值在用?!?繞過了編譯器檢查后，實際上卻變成了?null，這不是給自己添麻煩嗎？
既然這樣，那么，
為什么?!?運算符會存在？
在某些邊緣情況下，編譯器無法檢測到可以為 null 的值實際上是不為?null?的。
使遺留代碼庫遷移更容易。
在某些情況下，您根本不關(guān)心某些內(nèi)容是否為?null。
在進行單元測試時，您可能想要檢查傳遞?null?時的代碼行為。
接下來，我們繼續(xù)看下：
null!?是什么意思呢？
null!?是在告訴編譯器?null?不是?null?值，這聽起來很怪異，是不是？
實際上，它和上面例子中的?y!?一樣。它只是看起來挺怪異，因為您將該運算符用在了?null?字面量上，但概念是一樣的。
我們再來看一下文章開頭提到的 fluss 源碼中的一行代碼：
/// <summary> /// 所屬的博客。 /// </summary> public BlogSite BlogSite { get; set; } = null!;這行代碼定義了一個名稱為?BlogSite、類型為?BlogSite?的不可以為?null?的類屬性。因為它是不可以為?null?的，因此單從技術(shù)上講，很明顯它是不可以被賦值為?null的。
但是，您可以通過使用?!?運算符，將?BlogSite?屬性賦值為?null。因為，就編譯器所關(guān)心的?null?安全性而言，null!?不是?null。
總結(jié)
看到這里，想必您肯定已經(jīng)明白了?null!?是什么意思，也學(xué)會了?null?包容運算符?!?的概念、由來和用法。但是正如我在文中提到的那樣，編程時應(yīng)該盡量避免使用?!，因為它抵消了您本可以獲得的編譯器保證的?null?安全性；而且，這種寫法閱讀起來有點讓人費解。
參考：
https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/nullable-references
https://stackoverflow.com/questions/54724304/what-does-null-statement-mean
https://www.cnblogs.com/cmt/p/14217355.html
https://www.meziantou.net/csharp-8-nullable-reference-types.htm
從 C# 8.0 開始，所有的引用類型默認都是?Non-nullable。
“可空性”可以通過以下兩個新的類型運算符進行修改：
這兩個運算符是相互對應(yīng)的。您使用這兩個運算符限定變量，然后編譯器根據(jù)您的限定來確保?null?安全性。
??運算符的用法
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的C# 中的 null 包容运算符 “!” —— 概念、由来、用法和注意事项的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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