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從NullObject談C#6.0改進

前言

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

什麼是空引用異常

         作為一個敲過代碼的碼農來說，似乎沒有誰沒有遇到過NullReferenceException這個問題，有些時候當方法内部調用一個屬性、方法（委托）時，我們控制這些屬性在“外部”的表現（當然某些情況下使用ref關鍵字除外），是以我們要在方法的内部去判斷屬性、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，這樣當我們知道如果對象為Null的話，我們會實作符合我們“預期”的行為。

解決空引用異常---Check Any Where

         這很簡單，我隻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，但是當你要重複檢查一個對象實體10000萬次時，你的代碼中将存在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；

應用NullObject設計模式

         NullObjectPattern出自forth by Gamma（設計模式4人組），核心内容是：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作。

         接下來讓我們看看維基百科上的C#實作：

// compile as Console Application, requires C# 3.0 or higher
using 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，我們通過靜态的擴充方法來實作将檢查方式統一在方法内部，而不是寫的到處都是，上面的例子中是在String類上實作了一個SafeGetLength擴充方法，将為所有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);
            }
        }
    }

　　最後，說一個細節問題，以上代碼均沒有實作“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讨論，請戳這裡。

　　改進後的代碼時在方法内部增加了一個臨時變量，作為方法内部的拷貝，實作線程安全，如果有疑問請參考我的《C#堆vs棧》中對方法内部變量在堆棧上的表現一章。

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文法

      來自MSDN Magazine的Mark Michaelis（《C#本質論》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，因為開發人員在調用 (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 NullReferenceException。盡管這很簡單，但檢查字元串參數是否為 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 Truncate_WithNull_ReturnsNull 方法所示範的内容，如果對象的值實際上為 null，則 null 條件運算符将傳回 null。這帶來了一個問題，即 null 條件運算符在調用鍊中出現時會是什麼情況？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 條件運算符進行調用的，并且 null value?.Substring 似乎傳回了 null，但語言行為按您的想法進行。這簡化了對 PadRight 的調用過程，并立即傳回 null，進而避免會導緻出現 NullReferenceException 的程式設計錯誤。這個概念稱為“null 傳播”。

　　Null 條件運算符會根據具體條件進行 null 檢查，然後再調用目标方法以及調用鍊中的所有其他方法。這将可能産生一個令人驚訝的結果，例如，text?.Length.GetType 語句中的結果。

如果 null 條件運算符在調用目标為 null 時傳回 null，那麼調用會傳回值類型的成員時最終會是什麼資料類型（假定值類型不能為 null）？例如，從 value?.Length 傳回的資料類型不能隻是 int。答案當然是：可以為 null 的類型（int？）。實際上，嘗試僅将結果配置設定給 int 将會出現編譯錯誤：

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

　　Null 條件具有兩種文法形式。首先，問号在點運算符前面 (?.)。其次，将問号和索引運算符結合使用。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，導緻僅在集合不為 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，不會配置設定項目。如果給定 null 集合，那麼這意味着什麼？

請注意針對引用類型使用 ?[…] 時的隐式歧義。由于引用類型可以為 null，是以對于集合是否為 null，或者是否元素本身實際上就是 null 而言，來自 ?[…] 運算符的 null 結果不明确。

Null 條件運算符的一個非常有用的應用程式解決了 C# 自 C# 1.0 以來一直存在的的一個特性，即在調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 實作過程就可簡化為：

OnTemperatureChanged?.Invoke(this, value)

　　現在，您隻需對将 null 條件運算符作為字首的 Invoke 進行調用，不再需要将委托執行個體配置設定給本地變量，進而實作線程安全，甚至是在調用委托之前顯式檢查值是否為 null。

C# 開發人員都很想知道在最新的四個版本中是否對此内容有所改進。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 運算符結合使用。您無需在調用 Length 之前對 linesOfCode 進行 null 檢查，而是可以編寫項目計數算法，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 集合均标準化為傳回相同數量。總之，null 條件運算符将實作以下功能：

　　1.  如果操作數為 null，則傳回 null

　　2.  如果操作數為 null，則簡化調用鍊中的其他調用

　　3.  如果目标成員傳回一個值類型，則傳回可以為 null 的類型 (System.Nullable<T>)。

　　4.  以線程安全的方式支援委托調用

　　5.  可用作成員運算符 (?.) 和索引運算符 (?[…])

 示例代碼下載下傳

引用

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

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

作者：Stephen Cui

出處：http://www.cnblogs.com/cuiyansong

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c#6.0 NullObjectPattern 擴充方法
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