C# 中的 null 包容運算子 “!” —— 概念、由來、用法和注意事項
阿新 • • 發佈：2021-01-12
在 2020 年的最後一天，[部落格園發起了一個開源專案：基於 .NET 的部落格引擎 fluss](https://www.cnblogs.com/cmt/p/14217355.html)，我抽空把原始碼下載下來看了下，發現在屬性的定義中，有很多地方都用到了 `null!`，[如下圖所示](https://github.com/cnblogs/fluss/blob/main/src/Cnblogs.Fluss.Domain/Entities/ContentBlock.cs)：
這是什麼用法呢？之前沒有在專案中用過，所以得空就研究了一下。
以前，`!` 運算子用來表示 “否”，比如不等於 `!=`。在 C# 8.0 以後，`!` 運算子有了一個新意義—— **`null` 包容運算子**，用來控制型別的*可空性*。要了解 `null` 包容運算子，首先就要了解*可為 null 的引用型別*。
## 可為 null 的引用型別
C# 8.0 引入了[可為 null 的引用型別](https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/nullable-references)，與可空型別補充*值型別*的方式一樣，它們以相同的方式補充*引用型別*。也就是說，通過將 `?` 追加到某引用型別，可以將變數宣告為*可以為 null 的引用型別*。 例如，`string?` 表示*可以為 `null` 的 `string`*。使用這些新型別可以更清楚地表達程式碼設計的意圖 —— 比如將某些變數宣告為 **必須始終具有值**，而其他一些變數宣告為 **可以缺少值**。
藉助這個定義，我們在定義引用型別的變數或屬性時，便有了兩種選擇：
1. **假定引用不可以為 `null`。** 當變數定義為不可以為 `null` 時，編譯器會強制執行規則——確保在不檢查它們是否為 `null` 的前提下，取消引用這些變數是安全的：
- 變數必須初始化為非 `null` 值。
- 變數永遠不能賦值為 `null`。
2. **假定引用可以為 `null`。** 當變數定義為可以為 `null` 時，編譯器會強制執行不同的規則——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數。
- 這些變數可以用預設的 `null` 值進行初始化，也可以在其他程式碼中賦值為 `null`。
與 C# 8.0 之前對引用變數的處理相比，這個新功能提供了顯著的優勢。在早期版本中，不能通過變數的宣告來確定設計意圖，編譯器沒有為引用型別提供針對 `null` 引用異常的安全性。
通過新增*可為 `null` 的引用型別*，您可以更清楚地宣告您的意圖。`null` 值是表示一個變數不引用值的正確方法，請不要使用此功能從程式碼中刪除所有的 `null` 值。而是，應向編譯器和閱讀程式碼的其他開發人員宣告您的意圖。通過宣告意圖，編譯器會在您編寫與該意圖不一致的程式碼時警告您。
是不是讀起來有點繞？還是直接看示例比較容易理解些，請繼續往下看。首先，我們來
## 啟用可為 null 的引用型別
有三種方法可以啟用*可為 null 的引用型別*。
### 在專案檔案中啟用
```xml
enable
```
將上面這一行新增到專案檔案中，為當前專案啟用 *可為 null 的引用型別*，如下圖所示：
### 在自定義專案屬性中啟用
在 `Directory.Build.props` 檔案中可以為目錄下的所有專案啟用 *可為 null 的引用型別*， 下面截圖是 [fluss 專案中的設定](https://github.com/cnblogs/fluss/blob/main/Directory.Build.props)：
### 使用前處理器指令啟用
可以使用 `#nullable enable` 和 `#nullable disable` 前處理器指令在程式碼中的任意位置啟用和禁用 *可為 null 的引用型別*：
## 舉例說明
### 典型用法
假設有這個定義：
```csharp
class Person
{
public string? MiddleName;
}
```
如下這樣呼叫：
```csharp
void LogPerson(Person person)
{
Console.WriteLine(person.MiddleName.Length); // 警告 CS8602 解引用可能出現空引用。
Console.WriteLine(person.MiddleName!.Length); // 沒有警告
}
```
這個 `!` 運算子基本上就是關閉了編譯器的空檢查。
### 內部執行機制
使用此運算子*告訴編譯器可以安全地訪問可能為 `null` 的內容*。您可以用它來表達在這種情況下“不關心” `null` 安全性。
當我們討論到 `null` 安全性時，一個變數可以有兩種狀態：
1. Nullable : 可以為 `null`。
2. Non-Nullable ：不可以為 `null`。
從 C# 8.0 開始，所有的*引用型別*預設都是 *Non-nullable*。
“可空性”可以通過以下兩個新的**型別運算子**進行修改：
1. `!` ：從 Nullable 改為 Non-Nullable
2. `?` ：從 Non-Nullable 改為 Nullable
這兩個運算子是相互對應的。您使用這兩個運算子限定變數，然後編譯器根據您的限定來確保 `null` 安全性。
### `?` 運算子的用法
1. Nullable：`string? x;`
- `x` 是引用型別，因此預設是*不可以為 `null` 的*。
- 我們使用 `?` 運算子將其改為*可以為 `null` 的*。
- `x = null;` 賦值正常，沒有警告。
2. Non-Nullable：`string y;`
- `y` 是引用型別，因此預設是*不可以為 `null` 的*。
- `y = null;` 賦值會產生一個警告，因為您給一個宣告為不支援 `null` 的變數分配了一個 `null` 值。
如下圖：
### `!` 運算子的用法
```csharp
string x;
string? y = null;
```
1. `x = y;`
- 非法！警告：將 null 文字或可能的 null 值轉換為不可為 null 型別（`y` 可能為 `null`）。
- 賦值運算子 `=` 左邊是*不可以為 `null` 的*，但右邊是*可以為 `null` 的*。
2. `x = y!;`
- 合法！
- 賦值運算子 `=` 左右兩邊都是*不可以為 `null` 的*。
- 因為 `y!` 使用了 `!` 運算子到 `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：
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