從NullObject談C#6.0改進

前言

本文來聊一聊我們經(jīng)常會做的空值檢查問題，從一個簡單的空值檢查Any Where，到設(shè)計模式的NullObjectPattern，再到C#6.0“可能”會提供的語法，讓我們體驗一次語言開發(fā)上的“持續(xù)改進”，Let’s go~

什么是空引用異常

作為一個敲過代碼的碼農(nóng)來說，似乎沒有誰沒有遇到過NullReferenceException這個問題，有些時候當(dāng)方法內(nèi)部調(diào)用一個屬性、方法（委托）時，我們控制這些屬性在“外部”的表現(xiàn)（當(dāng)然某些情況下使用ref關(guān)鍵字除外），所以我們要在方法的內(nèi)部去判斷屬性、委托方法是否為Null來避免可能的、錯誤使用上帶來的空引用異常，這樣當(dāng)我們知道如果對象為Null的話，我們會實現(xiàn)符合我們“預(yù)期”的行為。

解決空引用異常---Check Any Where

這很簡單，我只要在需要用的地方檢查一下是否為Null就可以了。是的，這非常簡單，語義也很清晰，但是當(dāng)你要重復(fù)檢查一個對象實體10000萬次時，你的代碼中將存在10000個如下代碼段：

        public void Check()        {            if (Person.AlivePerson() != null)            {                Person.AlivePerson().KeepAlive = true;            }         }

　　你能容忍這樣的行為嗎？

If（OK）

Continue；

Else

Close；

應(yīng)用NullObject設(shè)計模式

NullObjectPattern出自forth by Gamma（設(shè)計模式4人組），核心內(nèi)容是：提供一個給定對象的空值代理，空值代理中提供不做任何事情的方法實現(xiàn)。

接下來讓我們看看維基百科上的C#實現(xiàn)：

// compile as Console application, requires C# 3.0 or higherusing System;using System.Linq;namespace MyExtensionWithExample {    public static class StringExtensions {         public static int SafeGetLength(this string valueOrNull) {             return (valueOrNull ?? string.Empty).Length;         }    }    public static class PRogram {        // define some strings        static readonly string[] strings = new [] { "Mr X.", "Katrien Duck", null, "Q" };        // write the total length of all the strings in the array        public static void Main(string[] args) {            var query = from text in strings select text.SafeGetLength(); // no need to do any checks here            Console.WriteLine(query.Sum());        // The output will be: 18         }    }}

　　在C#語言中，我們通過靜態(tài)的擴展方法來實現(xiàn)將檢查方式統(tǒng)一在方法內(nèi)部，而不是寫的到處都是，上面的例子中是在String類上實現(xiàn)了一個SafeGetLength擴展方法，將為所有String類型提供了一個方法，這樣我們在“代碼整潔”上又進了一步。

　　下面我們再來看一個更常用的例子---來自于StackOverFlow

    public static class EventExtensions    {        public static void Raise<T>(this EventHandler<T> evnt, object sender, T args)            where T : EventArgs        {            if (evnt != null)            {                evnt(sender, args);            }        }    }

　　最后，說一個細節(jié)問題，以上代碼均沒有實現(xiàn)“線程安全”，在大牛Eric Lippert的文章中針對線程安全有過一個更精彩的討論，請戳這里。

　　改進后的代碼時在方法內(nèi)部增加了一個臨時變量，作為方法內(nèi)部的拷貝，實現(xiàn)線程安全，如果有疑問請參考我的《C#堆vs棧》中對方法內(nèi)部變量在堆棧上的表現(xiàn)一章。

    public class SomeClass    {        public event EventHandler<EventArgs> MyEvent;        private void DoSomething()        {            var tmp = MyEvent;            tmp.Raise(this, EventArgs.Empty);        }    }

更“潮”的方式-C#6.0語法

來自MSDN Magazine的Mark Michaelis（《C#本質(zhì)論》作者）給我們介紹了C#6.0在語言可能帶來的新改進，其中就有針對“Null條件運算符”的改進。

　　C#6.0更多參考:

　　Part One: https://msdn.microsoft.com/zh-cn/magazine/dn683793.aspx

　　Part Two: https://msdn.microsoft.com/zh-cn/magazine/dn802602.aspx

　　即使是 .NET 開發(fā)新手，也可能非常熟悉 NullReferenceException。有一個例外是幾乎總是會指出一個 Bug，因為開發(fā)人員在調(diào)用 (null) 對象的成員之前未進行充分的 null 檢查。請看看以下示例：

public static string Truncate(string value, int length){  string result = value;  if (value != null) // Skip empty string check for elucidation  {    result = value.Substring(0, Math.Min(value.Length, length));  }  return result;}

　　如果不進行 null 檢查，此方法會引發(fā) NullReferenceException。盡管這很簡單，但檢查字符串參數(shù)是否為 null 的過程卻稍微有些繁瑣。通常，考慮到比較的頻率，該繁瑣的方法可能沒有必要。C# 6.0 包括一個新的 null 條件運算符，可幫助您更加簡便地編寫這些檢查：

public static string Truncate(string value, int length){            return value?.Substring(0, Math.Min(value.Length, length));}[TestMethod]public void Truncate_WithNull_ReturnsNull(){  Assert.AreEqual<string>(null, Truncate(null, 42));}

　　根據(jù) Truncate_WithNull_ReturnsNull 方法所演示的內(nèi)容，如果對象的值實際上為 null，則 null 條件運算符將返回 null。這帶來了一個問題，即 null 條件運算符在調(diào)用鏈中出現(xiàn)時會是什么情況？如以下示例中所示：

public static string AdjustWidth(string value, int length){  return value?.Substring(0, Math.Min(value.Length, length)).PadRight(length);}[TestMethod]public void AdjustWidth_GivenInigoMontoya42_ReturnsInigoMontoyaExtended(){  Assert.AreEqual<int>(42, AdjustWidth("Inigo Montoya", 42).Length);}

　　盡管 Substring 是通過 null 條件運算符進行調(diào)用的，并且 null value?.Substring 似乎返回了 null，但語言行為按您的想法進行。這簡化了對 PadRight 的調(diào)用過程，并立即返回 null，從而避免會導(dǎo)致出現(xiàn) NullReferenceException 的編程錯誤。這個概念稱為“null 傳播”。

　　Null 條件運算符會根據(jù)具體條件進行 null 檢查，然后再調(diào)用目標(biāo)方法以及調(diào)用鏈中的所有其他方法。這將可能產(chǎn)生一個令人驚訝的結(jié)果，例如，text?.Length.GetType 語句中的結(jié)果。

如果 null 條件運算符在調(diào)用目標(biāo)為 null 時返回 null，那么調(diào)用會返回值類型的成員時最終會是什么數(shù)據(jù)類型（假定值類型不能為 null）？例如，從 value?.Length 返回的數(shù)據(jù)類型不能只是 int。答案當(dāng)然是：可以為 null 的類型（int？）。實際上，嘗試僅將結(jié)果分配給 int 將會出現(xiàn)編譯錯誤：

int length = text?.Length; // Compile Error: Cannot implicitly convert type 'int?' to 'int'

　　Null 條件具有兩種語法形式。首先，問號在點運算符前面 (?.)。其次，將問號和索引運算符結(jié)合使用。例如，給定一個集合（而非在索引到集合之前顯式進行 null 檢查），您就可以使用 null 條件運算符執(zhí)行此操作：

public static IEnumerable<T> GetValueTypeItems<T>(  IList<T> collection, params int[] indexes)  where T : struct{  foreach (int index in indexes)  {    T? item = collection?[index];    if (item != null) yield return (T)item;  }}

　　此示例使用了運算符 ?[…] 的 null 條件索引形式，導(dǎo)致僅在集合不為 null 時才索引到集合。通過 null 條件運算符的此形式，T? item = collection?[index] 語句在行為上相當(dāng)于：

T? item = (collection != null) ? collection[index] : null.

請注意，null 條件運算符僅可檢索項目，不會分配項目。如果給定 null 集合，那么這意味著什么？

請注意針對引用類型使用 ?[…] 時的隱式歧義。由于引用類型可以為 null，因此對于集合是否為 null，或者是否元素本身實際上就是 null 而言，來自 ?[…] 運算符的 null 結(jié)果不明確。

Null 條件運算符的一個非常有用的應(yīng)用程序解決了 C# 自 C# 1.0 以來一直存在的的一個特性，即在調(diào)用委托之前檢查是否為 null。我們來看一下圖中顯示的 C# 2.0 代碼。

　　圖 1 在調(diào)用委托之前檢查是否為 Null

class Theremostat{  event EventHandler<float> OnTemperatureChanged;  private int _Temperature;  public int Temperature  {    get    {      return _Temperature;    }    set    {      // If there are any subscribers, then      // notify them of changes in temperature      EventHandler<float> localOnChanged =        OnTemperatureChanged;      if (localOnChanged != null)      {        _Temperature = value;        // Call subscribers        localOnChanged(this, value);      }    }  }}

　　通過使用 null 條件運算符，整個 set 實現(xiàn)過程就可簡化為：

OnTemperatureChanged?.Invoke(this, value)

　　現(xiàn)在，您只需對將 null 條件運算符作為前綴的 Invoke 進行調(diào)用，不再需要將委托實例分配給本地變量，從而實現(xiàn)線程安全，甚至是在調(diào)用委托之前顯式檢查值是否為 null。

C# 開發(fā)人員都很想知道在最新的四個版本中是否對此內(nèi)容有所改進。答案是最終進行了改進。僅此一項功能就可以改變調(diào)用委托的方式。

另一個 null 條件運算符普及的常見模式是與 coalesce 運算符結(jié)合使用。您無需在調(diào)用 Length 之前對 linesOfCode 進行 null 檢查，而是可以編寫項目計數(shù)算法，如下所示：

List<string> linesOfCode = ParseSourceCodeFile("Program.cs");return linesOfCode?.Count ?? 0;

在這種情況下，任何空集合（無項目）和 null 集合均標(biāo)準(zhǔn)化為返回相同數(shù)量。總之，null 條件運算符將實現(xiàn)以下功能：

　　1. 如果操作數(shù)為 null，則返回 null

　　2. 如果操作數(shù)為 null，則簡化調(diào)用鏈中的其他調(diào)用

　　3. 如果目標(biāo)成員返回一個值類型，則返回可以為 null 的類型 (System.Nullable<T>)。

　　4. 以線程安全的方式支持委托調(diào)用

　　5. 可用作成員運算符 (?.) 和索引運算符 (?[…])

示例代碼下載

引用

http://stackoverflow.com/questions/13629051/net-event-raising-and-nullobject-pattern ---線程安全的擴展機制

https://msdn.microsoft.com/zh-cn/magazine/dn802602.aspx ---C#6.0 Null條件運算符

http://en.wikipedia.org/wiki/Null_Object_pattern ---維基百科上的NullObjectPattern解釋