可空类型何时会抛出异常？

Question

考虑以下代码：

int? x = null;
Console.Write ("Hashcode: ");
Console.WriteLine(x.GetHashCode());
Console.Write("Type: ");
Console.WriteLine(x.GetType());

执行时，它会写入Hashcode是0，但在尝试确定x的类型时会因NullReferenceException而失败。我知道对可空类型调用的方法实际上是在基础值上调用的，因此我预计程序会在x.GetHashCode()期间失败。 那么，这两种方法之间的根本区别是什么，为什么第一个不会失败？

- Кирилл Глазырин

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我能找到的唯一区别是GetHashCode是virtual... - Bart Friederichs

ILSpy是一个非常方便的小工具，可以帮助回答这些问题。 - Sam Axe

我觉得奇怪的是，从一个 Nullable<int> 中调用 GetType() 返回的是 System.Int32，而不是 System.Nullable<System.Int32>。 - Lasse V. Karlsen

值得注意的是，int? x = null 是 Nullable<int> x = new Nullable<int>(null) 的语法糖。因此，x 是一个实际的对象，而不是一个空引用。 - Bart Friederichs

参考源 - https://github.com/Microsoft/referencesource/blob/master/mscorlib/system/nullable.cs - 没有展示GetType的处理方式，文档也没有详细说明 - https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.nullable-1?view=netframework-4.7.2 - Lasse V. Karlsen

Answer 1

这是因为 int? x = null; 实际上创建了值类型 System.Nullable<int> 的实例，并将其中的 "inner" 值设置为 null（您可以通过 .HasVaue 属性进行检查）。当调用 GetHashCode 时，方法重写Nullable<int>.GetHashCode 是候选方法（因为该方法是虚拟的），现在我们有了一个Nullable<int> 实例，并执行其实例方法，非常好。

当调用GetType时，该方法是非虚拟的，因此先将Nullable<int> 实例装箱为System.Object，根据文档，装箱值为null，因此会抛出NullReferenceException。

- Cheng Chen

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这一切都符合我们所看到的行为，但它在哪里有记录？你提供的页面详细说明了如何在“Nullable<T>”上运作装箱行为，但它并没有说“GetType()”需要进行装箱操作。我猜想我们需要找到关于值类型上继承方法如何工作的文档，以找到相关的部分。 - Lasse V. Karlsen

@LasseVågsætherKarlsen那是因为GetType是在object上定义的，而不是在struct上定义的，这会导致隐式装箱。你可以通过赋值int? x = 1然后调用GetType()来验证。结果是System.Int32，而不是Nullable<T>。 - Toxantron

@LasseVågsætherKarlsen 你可以阅读C#语言规范第4.3节“装箱和拆箱”以获取更多详细信息。 - Cheng Chen

如果我输入int? x = null;然后尝试读取它：x.Value，那么我会得到异常，而不是null "value"。如果我检查"x"本身是否为null，则答案是肯定的。 - Eru

@Eru，我在回答中使用了不正确的表达方式，感谢你指出。 - Cheng Chen

Answer 2

为了更清楚地阐述Danny Chen的正确答案： Nullable<T>是一个值类型。该值类型包含一个bool，表示是否为空（false表示为空），以及一个值T。

与所有其他值类型不同，可空类型不会装箱成一个箱化的Nullable<T>。它们会装箱成一个箱化的T或一个null引用。

由值类型S实现的方法被实现为具有不可见的ref S参数的方法；这就是this如何传递的。

由引用类型C实现的方法被实现为如果存在一个不可见的C参数，则如此实现；这就是this如何传递的。

有趣的情况是在一个引用基类中定义的虚拟方法，并由继承自基类的结构体重写的情况。

现在你有足够的信息来推断发生了什么。 GetHashCode是虚拟的并且被Nullable<T>覆盖，所以当你调用它时，你调用它就像有一个不可见的ref Nullable<T>参数的this一样。不发生装箱。 GetType不是虚拟的，因此无法被重写，并且在object上定义。因此，它期望一个object作为this。当在Nullable<T>上调用时，接收者必须装箱，因此可以装箱到null，因此可能会抛出异常。

如果您调用((object)x).GetHashCode()，则会看到异常。

- Eric Lippert

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第三和第四个关于不可见的 ref S 和 C 的要点有些不清楚。你能详细说明一下吗？ - Nisarg Shah

当你有class C { void M(int x) { ... } }和C c = new C(); c.M(123);时，一定要让 c 在 M 函数内变成 this。这是通过将函数调用逻辑上转换为 class C { static void M(C _this, int x) { ... }} 以及 C.M(c, 123) 来实现的。在这种情况下，this 逻辑上只是“另一个参数”。对于结构体也是如此，只不过在结构体中，this 是一个指向变量的 ref 别名。 - Eric Lippert

Answer 3

Nullable<T>.GetHashCode() 的实现如下所示：

public override int GetHashCode()
{
    if (!this.HasValue)
    {
        return 0;
    }
    return this.value.GetHashCode();
}

因此，当值为null时，它总是会返回0。

x.GetType()与null.GetType()相同，这将抛出对象未实例化的对象引用异常。

- Sunil

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所以，GetHashCode 是在 Nullable 上调用的，而不是在其包含的值上调用？为什么会这样？ - Кирилл Глазырин

为什么x.GetType()和null.GetType()是相同的，因为实际上你有(struct).GetType()? Nullable<T>是一个值类型的结构体。 - Lasse V. Karlsen

你能否也发布GetType的实现，以防它可以为答案增加更多细节？ - Souvik Ghosh

Answer 4

似乎GetHashCode进行了空值检查。（使用JetBrains查看定义）

public override int GetHashCode()
{
  if (!this.hasValue)
    return 0;
  return this.value.GetHashCode();
}

- Captain0

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只有在确定可以调用 GetHashCode() 时，GetHashCode() 的实现才会发挥作用。 - user743382