可空引用类型：如何指定“T？”类型而不限制为类或结构体

Question

我想创建一个通用类，该类具有类型为T的成员。 T可以是类、可空类、结构或可空结构。 因此基本上可以是任何东西。 这是一个简化的示例，显示了我的问题：

#nullable enable

class Box<T> {
    public T Value { get; }

    public Box(T value) {
        Value = value;
    }

    public static Box<T> CreateDefault()
        => new Box<T>(default(T));
}

由于使用了新的#nullable enable功能，我收到了以下警告：Program.cs(11,23): warning CS8653: A default expression introduces a null value when 'T' is a non-nullable reference type.

这个警告对我来说是有道理的。然后我尝试通过在属性和构造函数参数中添加?来修复它：

#nullable enable

class Box<T> {
    public T? Value { get; }

    public Box(T? value) {
        Value = value;
    }

    public static Box<T> CreateDefault()
        => new Box<T>(default(T));
}

但现在我得到了两个错误：

Program.cs(4,12): error CS8627: A nullable type parameter must be known to be a value type or non-nullable reference type. Consider adding a 'class', 'struct', or type constraint.
Program.cs(6,16): error CS8627: A nullable type parameter must be known to be a value type or non-nullable reference type. Consider adding a 'class', 'struct', or type constraint.

然而，我不想添加约束。 我不在乎 T 是一个类还是一个结构体。

一个显而易见的解决方案是在 #nullable disable 指令下包装有问题的成员。然而，像 #pragma warning disable 一样，除非必要，我想避免这样做。是否有其他方法可以让我的代码在不禁用可空性检查或 CS8653 警告的情况下编译？

$ dotnet --info
.NET Core SDK (reflecting any global.json):
 Version:   3.0.100-preview4-011223
 Commit:    118dd862c8

- Andent

---

我尚未深入研究这个问题，但我认为编译器没有处理值类型和引用类型之间 T? 的差异。为什么？我可以猜测这只会增加许多复杂性，但我也猜想您需要实际的编译器人员提供输入才能确定。对于值类型，T? 由 Nullable<T> 处理，而对于引用类型，C# 8 中的 T? 由具有属性的 T 处理。基本上，我认为这是不受支持的。 - Lasse V. Karlsen

嗨，@Andent，欢迎来到SO。您实际上正在打开一个设置，告诉编译器不要允许将null分配给类型为T的变量（当T是引用类型时），然后使用default（T），这可能会为引用类型返回null。这里没有什么神秘的。您必须选择一条路，就像Neo一样... :-) - JuanR

目前看来，您可能想要创建一个Box<T> where T : class和一个ValueBox<T> where T : struct。我认为目前没有将泛型类型/方法统一到T?和Nullable<T>上的路径。 - Jonathon Chase

基本上，可为空的类型和泛型不太容易混合使用。根据我的经验，这是设计中最棘手的部分。 - Jon Skeet

我认为你在这里有一些相互冲突的目标。你想要有一个“默认”框的概念，但对于引用类型来说，还有什么是适当的“默认”呢？对于引用类型来说，“null”就是默认值，这与使用可空引用类型直接冲突。也许你需要将“T”限制为可以进行默认构造的类型（“new()”）。 - Jeff Mercado

Answer 1

如果您正在使用C# 9，应该怎么做

在C# 9中，您可以在未受限制的类型参数上使用T?，以指示当T为引用类型时该类型始终可为空。实际上，在将?添加到属性和构造函数参数后，原始问题中的示例就可以正常运行。请参见以下示例，了解您可能期望不同类型参数的Box<T>行为。

var box1 = Box<string>.CreateDefault();
// warning: box1.Value may be null
box1.Value.ToString();

var box2 = Box<string?>.CreateDefault();
// warning: box2.Value may be null
box2.Value.ToString();

var box3 = Box<int>.CreateDefault();
// no warning
box3.Value.ToString();

var box4 = Box<int?>.CreateDefault();
// warning: 'box4.Value' may be null
box4.Value.Value.ToString();

如果你正在使用C# 8，该怎么办

在C# 8中，不可能在未受限制的类型参数上放置可空注释（即未知是否为引用类型或值类型）。

如在此问题的评论中所讨论的，您可能需要考虑一下在可空上下文中一个带有默认值的 Box<string> 是否有效，并相应地调整您的API表面。也许类型必须是 Box<string?>，才能使包含默认值的实例有效。但是，在某些情况下，您仍然希望指定属性、方法返回值或参数等可以为空，即使它们具有非空引用类型。如果您属于这个类别，您可能需要使用与空值相关的属性。

.NET Core 3引入了 MaybeNull 和 AllowNull 属性来处理此场景。

这些属性的某些具体行为仍在发展中，但基本思想是：

• [MaybeNull] 表示某些东西（读取字段或属性、方法返回等）的输出可能为 null。
• [AllowNull] 表示某些东西（写入字段或属性、方法参数等）的输入可能为 null。

#nullable enable
using System.Diagnostics.CodeAnalysis;

class Box<T>
{
    // We use MaybeNull to indicate null could be returned from the property,
    // and AllowNull to indicate that null is allowed to be assigned to the property.
    [MaybeNull, AllowNull]
    public T Value { get; }

    // We use only AllowNull here, because the parameter only represents
    // an input, unlike the property which has both input and output
    public Box([AllowNull] T value)
    {
        Value = value;
    }

    public static Box<T> CreateDefault()
    {
        return new Box<T>(default);
    }

    public static void UseStringDefault()
    {
        var box = Box<string>.CreateDefault();
        // Since 'box.Value' is a reference type here, [MaybeNull]
        // makes us warn on dereference of it.
        _ = box.Value.Length;
    }

    public static void UseIntDefault()
    {
        // Since 'box.Value' is a value type here, we don't warn on
        // dereference even though the original property has [MaybeNull]
        var box = Box<int>.CreateDefault();
        _ = box.Value.ToString();
    }
}

请参考https://devblogs.microsoft.com/dotnet/try-out-nullable-reference-types了解更多信息，特别是"T的问题"部分。

- Rikki Gibson

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有趣。这是我的第一次尝试，但它没有成功，我不知道为什么。原来，如果我将你的示例更改为使用"default(T)"而不是"default"，我会得到相同的CS8653，这完全出乎我的意料。我认为它们在语义上是相同的-实际上，我认为纯默认值只有在它们存在时才合法！ - solublefish

如果我将你的示例更改为省略值上的[MaybeNull]，则根本不会收到任何警告，这对我来说甚至更奇怪。而调用Box<string>.CreateDefault().Value.Length在运行时引发NRE！ - solublefish

在这种情况下缺少default警告是一个错误。已跟踪到https://github.com/dotnet/roslyn/issues/38339。我更新了我的答案，以便更详细地说明并希望能够更好地解释您所看到的行为。 - Rikki Gibson

C# 9提供的解决方案仍然不尽如人意，因为它将int?强制转换为int而不是Nullable<int>... :'( - Good Night Nerd Pride

当@JonSkeet称其为“设计中最棘手的部分”时，您就知道这确实是一个棘手的问题！就个人而言，我认为我们在语言方面走错了路，我认为非空引用类型应该是完整的类型。事实上，在C#9中，对于未受限制的T（甚至限制为notnull），语法“T？”意味着“对应于T的可默认类型”，而不是像语言中的其他地方一样意味着“对应于T的可空类型”。但是，如果将T约束为类或结构，则“T？”再次开始意味着“对应于T的可空类型”。 - sjb-sjb

Answer 2

Jeff Mercado在评论中提出了一个很好的观点：

我认为你在这里有一些冲突的目标。你想要有一个默认框的概念，但对于引用类型，还有什么其他适当的默认值呢？引用类型的默认值为null，直接与使用可空引用类型相冲突。也许你需要将T限制为可以进行默认构造的类型（new()）。

例如，对于T = string，default(T)将是null，因为在运行时，string和string?之间没有区别。这是语言特性当前的限制。

我已经通过为每种情况创建单独的CreateDefault方法来解决了这个限制。

#nullable enable

class Box<T> {
    public T Value { get; }

    public Box(T value) {
        Value = value;
    }
}

static class CreateDefaultBox
{
    public static Box<T> ValueTypeNotNull<T>() where T : struct
        => new Box<T>(default);

    public static Box<T?> ValueTypeNullable<T>() where T : struct
        => new Box<T?>(null);

    public static Box<T> ReferenceTypeNotNull<T>() where T : class, new()
        => new Box<T>(new T());

    public static Box<T?> ReferenceTypeNullable<T>() where T : class
        => new Box<T?>(null);
}

在我看来，这个似乎是类型安全的，但代价是调用方式更加丑陋(CreateDefaultBox.ReferenceTypeNullable<object>() 而不是 Box<object?>.CreateDefault())。在我发布的示例类中，我会完全删除方法并直接使用 Box 构造函数。嗯。

- Andent

Answer 3

class Box<T> {
    public T! Value { get; }

    public Box(T! value) {
        Value = value;
    }

    public static Box<T> CreateDefault()
        => new default!;
}

null!语句是什么意思？

- evilGenius

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无法编译。你不能随意地将 ! 放在任何地方 - 它只能出现在表达式的末尾，而不是类型的末尾。 - Jon Skeet

哇，真的是Jon Skeet！我认为你是对的，但我希望它能帮助找到正确的方法。 - evilGenius

我认为这对此处没有帮助。楼主想让“Value”可为空，在我所知的C# 8中没有表达这一点的方法。 - Jon Skeet