可空布尔值是否存在短路运算符||和&&？RuntimeBinder有时会认为存在。

Question

我读了关于条件逻辑运算符 || 和 && 的 C# 语言规范，也就是短路逻辑运算符。对我来说，它们是否适用于可空布尔值，即操作数类型 Nullable<bool>（也可以写成 bool?），并不清楚，因此我尝试使用非动态类型：

bool a = true;
bool? b = null;
bool? xxxx = b || a;  // compile-time error, || can't be applied to these types

这似乎解决了问题（我不能清楚地理解规范，但是假设Visual C#编译器的实现是正确的，现在我知道了）。

然而，我也想尝试使用dynamic绑定。所以我尝试了以下内容：

static class Program
{
  static dynamic A
  {
    get
    {
      Console.WriteLine("'A' evaluated");
      return true;
    }
  }
  static dynamic B
  {
    get
    {
      Console.WriteLine("'B' evaluated");
      return null;
    }
  }

  static void Main()
  {
    dynamic x = A | B;
    Console.WriteLine((object)x);
    dynamic y = A & B;
    Console.WriteLine((object)y);

    dynamic xx = A || B;
    Console.WriteLine((object)xx);
    dynamic yy = A && B;
    Console.WriteLine((object)yy);
  }
}

出乎意料的是，这段代码运行时没有异常。

变量x和y不足为奇，它们的声明导致检索到两个属性，并且结果值符合预期，x为true，y为null。

但是对于xx的A || B表达式求值并没有绑定时异常，且只读取了属性A，而没有读取B。这是为什么呢？正如您所知道的，我们可以将getter方法中的B更改为返回一个非常规的对象，比如"Hello World"，但xx仍然会在没有绑定问题的情况下计算为true...

对于yy的A && B 表达式求值也没有绑定时错误。当然，这里会检索到两个属性。为什么运行时绑定程序允许这种情况呢？如果将B返回的对象更改为不良对象（例如字符串），则会产生绑定异常。

这样做是否正确？从规范中你怎样推断？

如果试着将B作为第一个操作数， B || A 和 B && A 均会产生运行时绑定程序异常（使用非短路操作符|和&时一切正常）。

（尝试使用Visual Studio 2013的C#编译器和运行时版本.NET 4.5.2。）

- Jeppe Stig Nielsen

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完全没有涉及到Nullable<Boolean>的实例，只有被视为dynamic的装箱布尔值--你使用bool?进行的测试是不相关的。(当然，这并不是完整的答案，只是一个概括。) - Jeroen Mostert

你有尝试过 x.HasValue && x.Value || y.HasValue && y.Value 吗？你需要明确地表达出你想要如何处理 null 值。 - HABO

A || B 的意思是，如果 A 为真，就不需要计算 B 的值了，而 A 是为真的。所以你实际上不知道这个表达式的类型。A && B 的版本更加令人惊讶，我会查一下规范说明。 - Jon Skeet

@JeroenMostert：嗯，除非编译器决定如果A的类型是bool且B的值为null，那么可能涉及到bool && bool?运算符。 - Jon Skeet

有趣的是，看起来这暴露了编译器或规范上的一个bug。C# 5.0版本中关于&&的规范提到应该将其解析为&，并着重讨论了两个操作数都是bool?类型的情况，但接下来所提到的部分没有处理可空类型的情况。我可以添加一些更详细的答案来解释这个问题，但那并不能完全解释它。 - Jon Skeet

我已经给马兹发送了一封电子邮件，询问规格问题是否只是我读取时的问题... - Jon Skeet

Answer 1

首先，感谢指出规范在非动态可空布尔值情况下不清晰的问题。我将在未来的版本中修复这个问题。编译器的行为是预期的行为；&&和||不能用于可空布尔值。

然而，动态绑定程序似乎没有实现这个限制。相反，它单独绑定组件操作： &/|和?:。因此，如果第一个操作数恰好是true或false（它们是布尔值，因此允许作为?:的第一个操作数），那么它就能够混淆。但是，如果您把null作为第一个操作数（例如，如果您尝试在上面的示例中执行B && A），则会导致运行时绑定异常。

如果您考虑一下，就可以看到为什么我们以这种方式实现动态&&和||，而不是作为一个大型动态操作：动态操作在运行时绑定，在其操作数被评估之后，因此绑定可以基于这些评估结果的运行时类型。但是这样的急切评估破坏了短路运算符的目的！因此，动态&&和||的生成代码将评估分成几个部分，并按以下方式进行：

• 评估左操作数（我们称结果为x）
• 尝试通过隐式转换或true或false运算符将其转换为bool（如果无法转换，则失败）
• 在?:操作中使用x作为条件
• 在true分支中，将x用作结果
• 在false分支中，现在评估第二个操作数（我们称结果为y）

尝试根据运行时类型的x和y来绑定&或|操作符（如果无法绑定则失败）

应用所选的操作符

这种行为允许通过某些“非法”操作数组合：?操作符将第一个操作数成功视为非空布尔值，&或|操作符成功将其视为可空布尔值，而这两个操作数从不协调检查是否一致。

因此，并不是动态&&和||适用于可空类型。只是它们以稍微过于宽松的方式实现，相比之下，静态情况下则要严格得多。这可能应该被认为是一个错误，但我们永远不会修复它，因为那将是一个破坏性的变化。此外，收紧行为几乎不会对任何人有所帮助。

希望这解释了发生了什么以及原因！这是一个有趣的领域，我经常发现自己被我们在实现动态时所做决策的后果弄糊涂。这个问题很有趣 - 谢谢你提出来！

Mads

- Mads Torgersen - MSFT

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我可以看出这些短路运算符很特殊，因为在动态绑定中，我们实际上不允许知道第二个操作数的类型，尤其是在我们进行短路操作时。也许规范应该提到这一点？当然，由于dynamic内部的所有内容都是装箱的，我们无法区分具有HasValue的bool?和“简单”的`bool”。 - Jeppe Stig Nielsen

Answer 2

这是正确的行为吗？

是的，我非常确定。

你怎么能从规范中推断出来？

C#规范版本5.0的第7.12节，包含关于条件运算符&&和||以及动态绑定相关的信息。相关部分如下：

如果条件逻辑运算符的操作数具有编译时类型dynamic，则表达式是动态绑定的(§7.2.2)。在这种情况下，表达式的编译时类型是dynamic，并且使用编译时类型为dynamic的那些操作数的运行时类型，在运行时将发生下面描述的解析。

这就是回答您问题的关键点。在运行时会发生什么样的解析？第7.12.2节“用户定义的条件逻辑运算符”解释了其中的细节：

x && y的操作被评估为T.false(x) ? x : T.&(x, y)，其中T.false(x)是调用T中声明的false运算符，T.&(x,y)是调用选定的&运算符

x || y的操作被评估为T.true(x) ? x : T.|(x, y)，其中T.true(x)是调用T中声明的true运算符，T.|(x,y)是调用选定的|运算符。

在这两种情况下，第一个操作数x将使用false或true运算符转换为bool。然后调用相应的逻辑运算符。有了这些信息，我们就可以回答你剩下的问题了。

但是对于A || B的评估（xx），没有绑定时异常，并且只读取了属性A，而没有读取B。为什么会这样呢？

对于||运算符，我们知道它遵循true(A) ? A : |(A, B)。我们进行短路计算，所以不会出现绑定时异常。即使A为false，由于指定的解析步骤，我们仍然不会出现运行时绑定异常。如果A为false，则执行|运算符，该运算符可以成功处理null值，参见第7.11.4节。

对于A && B的评估（yy），也不会导致绑定时错误。这里当然会检索两个属性。为什么运行时绑定器允许这样做？如果从B返回的对象更改为“坏”对象(比如一个字符串)，那么就会发生绑定异常。

出于类似的原因，这个也有效。 && 被计算为 false(x) ? x : &(x, y)。 A 可以成功转换为 bool，所以没有问题。因为 B 是 null，所以 & 运算符被升级（第 7.3.7 节）从一个接受 bool 的运算符提升到了一个接受 bool? 参数的运算符，因此不会出现运行时异常。

对于两个条件运算符，如果 B 不是 bool（或空的动态类型），则由于找不到将 bool 和非 bool 作为参数的重载，运行时绑定失败。但是，只有当 A 不能满足运算符的第一个条件时才会发生这种情况（|| 为 true，&& 为 false）。之所以会发生这种情况，是因为动态绑定非常懒惰。除非 A 为假并且必须通过该路径来评估逻辑运算符，否则它将不会尝试绑定逻辑运算符。一旦 A 不能满足运算符的第一个条件，它就会因绑定异常而失败。

如果将 B 作为第一个操作数，则 B || A 和 B && A 都会出现运行时绑定器异常。

希望你现在已经知道为什么会发生这种情况（或者我解释得不好）。解决条件运算符的第一步是取第一个操作数 B，并在处理逻辑操作之前使用一个 bool 转换运算符（false(B) 或 true(B)）中的一个。当然，由于 B 是 null，所以不能转换为 true 或 false，因此会出现运行时绑定异常。

- Christopher Currens

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毫不奇怪，使用dynamic时绑定发生在运行时，使用实例的实际类型而非编译时类型（您的第一个引用）。您的第二个引用是无关紧要的，因为没有类型在此处重载了operator true和operator false。返回bool的explicit operator与operator true和false不同。很难以任何方式阅读规范，允许A && B（在我的示例中），而不允许静态类型可空布尔值a和b，即bool? a和bool? b，并在编译时进行绑定。然而，这是被禁止的。 - Jeppe Stig Nielsen

Answer 3

Nullable类型没有定义条件逻辑运算符||和&&。 我建议您使用以下代码：

bool a = true;
bool? b = null;

bool? xxxxOR = (b.HasValue == true) ? (b.Value || a) : a;
bool? xxxxAND = (b.HasValue == true) ? (b.Value && a) : false;

- Thomas Papamihos