.NET 10之可空引用类型

C# 8.0 引入了 可空引用类型（Nullable Reference Types） 功能。这项特性通过使得开发者显式标注哪些引用类型可以为 null，旨在减少程序中的 NullReferenceException 错误，从而提高代码的健壮性和可维护性。下面将深入讲解可空引用类型的功能、特点、使用场景及其设置方法。

1. 基本概念

在 C# 中，引用类型（如 string, object）通常是可以为 null 的。传统的 C# 编程模型中，引用类型变量默认可以被赋值为 null，这会导致空引用异常（NullReferenceException）等问题。

启用可空引用类型后：

1. 非可空引用类型 ：这些类型不能为 null，必须始终引用一个有效的对象。如果赋值为 null，编译器会发出错误或警告。

2. 可空引用类型 ：这些类型显式声明可以为 null，并且编译器会允许为 null，但在使用它们时仍然需要显式处理。

2. 启用与禁用可空引用类型

2.1 启用 #nullable enable

通过在代码文件顶部添加 #nullable enable，可以启用可空引用类型特性：

#nullable enable

启用后，所有引用类型（如 string, object）默认变为非可空类型 ，必须始终引用有效对象。如果某个引用类型可以为 null，需要显式地使用 ? 语法标注。

#nullable enable

string name = "John";  // 允许赋值有效的字符串
name = null;  // 编译错误，因为 `string` 默认不可为 null

string? nullableName = null;  // 允许为 null

2.2 禁用 #nullable disable

通过在代码中使用 #nullable disable，可以禁用可空引用类型的检查，恢复默认行为，使所有引用类型均可以为 null：

#nullable disable

string name = null;  // 允许为 null，默认行为

2.3 在项目文件中启用

你还可以通过修改 .csproj 项目文件全局启用可空引用类型，而不必在每个 C# 文件中添加 #nullable enable：

<PropertyGroup>
  <Nullable>enable</Nullable>
</PropertyGroup>

这样会对整个项目启用可空引用类型，简化配置。

3. 可空引用类型的行为与特性

启用可空引用类型后，C# 编译器会根据不同的引用类型是否显式声明为可空类型（?）来做出不同的处理。

3.1 默认行为：非可空引用类型

默认情况下，引用类型不能为 null，编译器会强制要求引用类型变量在使用前被赋值，并且不允许赋值为 null。

#nullable enable

string name = "Alice";  // 正常，不为 null
name = null;  // 编译错误：无法将 null 分配给非可空引用类型

3.2 可空引用类型：使用 ? 标注

当你明确希望某个引用类型可以为 null 时，可以在类型后加上 ?，声明该类型为可空类型。这时，编译器不会警告你该引用可能为 null，但你需要显式地进行 null 检查。

#nullable enable

string? name = null;  // 正常，允许为 null

3.3 对方法返回类型的影响

可空引用类型特性也影响方法返回值的处理。如果方法返回一个引用类型，且该引用类型可以为 null，则需要显式声明返回值为可空类型。

#nullable enable

public string? GetGreeting(bool isMorning)
{
    if (isMorning)
    {
        return "Good Morning!";
    }
    return null;  // 返回值为 null，合法
}

如果返回类型为非可空引用类型，则不能返回 null，否则会报编译错误。

3.4 Null 检查：编译时警告

启用可空引用类型后，编译器会提示开发者在使用可能为 null 的变量时进行 null 检查。否则，编译器会发出警告，提醒开发者可能存在空引用错误。

#nullable enable

public void PrintLength(string? input)
{
    Console.WriteLine(input.Length);  // 编译警告：可能会引发 NullReferenceException
}

为了避免此类错误，你需要显式地检查 input 是否为 null：

if (input != null)
{
    Console.WriteLine(input.Length);  // 安全访问
}

3.5 Nullable enable 的局部作用域

#nullable enable 可以在局部范围内启用或禁用，比如在某个方法中启用可空引用类型，外部则不受影响：

#nullable enable

public void ExampleMethod()
{
    string name = "John";  // 正常，不为 null

    #nullable disable
    string? nullableName = null;  // 允许为 null

    #nullable enable
    string greeting = "Hello";  // 重新启用，非 null
}

4. 使用场景

4.1 提高代码的安全性与健壮性

启用可空引用类型最直接的好处是减少因 NullReferenceException 导致的运行时错误。由于 C# 编译器会强制你处理可能为 null 的引用类型，开发者在编写代码时会更加小心，减少空引用错误的发生。

例如，避免常见的空引用错误：

public void PrintLength(string? input)
{
    if (input == null)
    {
        Console.WriteLine("Input is null");
    }
    else
    {
        Console.WriteLine(input.Length);  // 安全地使用 input
    }
}

4.2 增强代码可维护性与可读性

通过显式标注哪些类型可以为 null，可以增强代码的可读性，使得后续维护人员更加容易理解代码的行为。

• string 类型显式表示非空：string name;（不允许 null）
• string? 类型显式表示可空：string? name;（允许 null）

4.3 适用于大型团队和项目

在大型团队和复杂项目中，启用可空引用类型有助于确保团队成员遵循一致的规则来处理 null 值，减少因为空值错误导致的潜在漏洞，确保更高的代码质量。

4.4 与现有代码兼容

启用可空引用类型特性后，可以逐步进行迁移，逐步修复和处理空引用问题。在早期阶段，你可以先启用该特性，然后逐步解决代码中的 null 引用问题，而不会因为改动过多导致破坏现有代码。

5. 总结

C# 中的可空引用类型是对引用类型的增强，旨在提高代码的健壮性、可维护性，并减少常见的空引用错误。通过启用 #nullable enable，开发者可以显式指定哪些引用类型可以为 null，并且编译器会强制要求进行必要的 null 检查，减少潜在的运行时错误。

• 启用与禁用 ：通过 #nullable enable 和 #nullable disable 控制。
• 作用域控制：可以在方法或类级别启用或禁用。
• 使用场景：适用于大型项目、团队协作以及现有代码迁移，旨在提高代码质量和减少错误。