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关于异常的疑难解答：System.NullReferenceException

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当尝试使用值为 null 的引用类型（C#、Visual Basic）的方法或属性时，将发生 NullReferenceException。 例如，你可能已经尝试在不先使用 new 关键字（Visual Basic 中的 New）的情况下使用对象或尝试使用其值被设置为 null（Visual Basic 中的 Nothing）的对象。

本文中的章节

本文中使用的类

NullReferenceExceptions 的常见原因

在开发期间查找 NullReferenceException 源

避免 NullReferenceExceptions

处理发行代码中的 NullReferenceExceptions

本文中使用的类

本文中的大多数示例都使用下面一个或两个类：

public class Automobile
{
    public EngineInfo Engine {get; set;}
}

public class EngineInfo
{
    public EngineInfo() { }

    public EngineInfo(string powerSrc, double engineSize)
    {
        Power = powerSrc;
        Size = engineSize;
    }

    public double Size { get; set; }
    public string Power = null;
}
   

Public Class Automobile
    Public Property Engine As EngineInfo
End Class

Public Class EngineInfo
    Public Sub New()
    End Sub

    Public Sub New(powerSrc As String, engineSize As Double)
        Power = powerSrc
        Size = engineSize
    End Sub

    Public Property Size() As Double
    Public Power As String = Nothing
End Class

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NullReferenceExceptions 的常见原因

任何引用类型变量都可以为 null。 局部变量、类的属性、方法参数以及方法返回值都可以包含 null 引用。 在这些变量为 null 时对它们的方法或属性进行调用会导致 NullReferenceException。 特定情况：

已声明但未初始化某个局部变量或成员字段

属性或字段为 null

方法参数为 null

方法的返回值为 null

集合或数组中的某个对象为 null

由于存在某个条件，所以不创建对象

通过引用传递给方法的对象设置为 null

已声明但未初始化某个局部变量或成员字段

这种简单的错误最常发生在 Visual Basic 代码中。 C# 编译器不允许在未初始化局部引用变量的情况下使用它，但类似于声明要作为输出参数进行传递的变量的情况除外。 Visual Basic 编译器会生成警告。

  • 在以下 C# 代码中，突出显示的行产生此编译器错误：

    未赋值局部变量“引擎”的使用

  • 在 Visual Basic 代码中，突出显示的行将生成编译器警告 BC42104：

    变量“引擎”在赋值前被使用。
可能在运行时导致 null 引用异常。

    并且该代码行在运行时会引发 NullReferenceException。

public void NullReferencFromUninitializedLocalVariable()
{
    EngineInfo engine;
    Console.WriteLine(engine.ToString());
}

Public Sub NullReferencFromUninitializedLocalVariable()
    Dim engine As EngineInfo
    Console.WriteLine(engine.ToString())
End Sub

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属性或字段为 null

当创建某个类时，该类的字段和属性将自动初始化为其默认值。 引用类的默认值为 null（在 Visual Basic 中为 Nothing），在字段或属性值为 null 时调用父类的字段或属性的成员方法会导致 NullReferenceException。

在此示例中，突出显示的代码行将引发 NullReferenceException，因为 car 的 Engine 属性将自动初始化为 null。

public void NullReferenceFromProperty()
{
    var car = new Automobile();

    Console.WriteLine(car.Engine.ToString());
}

Public Sub NullReferenceFromProperty()
    Dim car = New Automobile()
    Console.WriteLine(car.Engine.ToString())
End Sub

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方法参数为 null

作为引用类型的方法参数可以为 null（在 Visual Basic 中为 Nothing）。 调用值为 null 的参数的成员方法或属性会导致 NullReferenceException。

在此示例中，突出显示的代码行将引发 NullReferenceException，由于 BadEngineInfoPassedToMethod 使用值为 null 的参数调用 NullReferenceFromMethodParameter。

public void BadEngineInfoPassedToMethod()
{
    EngineInfo eng = null;
    NullReferenceFromMethodParameter(eng);
}

public void NullReferenceFromMethodParameter(EngineInfo engine)
{
    Console.WriteLine(engine.ToString());
}

Public Sub BadParameterPassedToMethod() As EngineInfo
    Dim eng As EngineInfo = Nothing
    NullReferenceFromMethodParameter(eng)
End Sub

Public Sub NullReferenceFromMethodParameter(engine As EngineInfo)
    Console.WriteLine(engine.ToString())
End Sub

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方法的返回值为 null

返回引用类型的方法可返回 null（在 Visual Basic 中为 Nothing）。 在引用为 null 时，调用返回的引用类型的方法或属性会导致 NullReferenceException。

在本示例中，突出显示的行将引发 NullReferenceException，因为对 BadGetEngineInfo 的调用在 NullReferenceFromMethodParameter 方法中返回 null 引用。

public EngineInfo BadGetEngineInfo()
{
    EngineInfo engine = null;
    return engine;
}

public void NullReferenceFromMethodReturnValue()
{
    var engine = BadGetEngineInfo();
    Console.WriteLine(engine.ToString());
}

Public Function BadGetEngineInfo() As EngineInfo
    Dim engine As EngineInfo = Nothing
    Return engine
End Function

Public Sub NullReferenceFromMethodReturnValue()
    Dim engine = BadGetEngineInfo()
    Console.WriteLine(engine.ToString())
End Sub

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集合或数组中的某个对象为 null

引用类型的列表或数组可能包含值为 null 的项。 为 null 的列表项的调用方法或属性会导致 NullReferenceException。

在此示例中，NullReferenceFromListItem() 中突出显示的代码行将引发 NullReferenceException，因为对 BadGetCarList 的调用将返回一个值为 null 的项。

public Automobile[] BadGetCarList()
{
    var autos = new Automobile[10];
    for (int i = 0; i autos.Length; i++)
    {
        if (i != 6)
        {
            autos[i] = new Automobile();
        }
    }
    return autos;
}

public void NullReferenceFromListItem()
{
    var cars = BadGetCarList();
    foreach (Automobile car in cars)
    {
        Console.WriteLine(car.ToString());
    }
}

Public Function BadGetCarList() As Automobile()
    Dim autos = New Automobile(10) {}
    For i As Integer = 0 To 9
        If i <> 6 Then
            autos(i) = New Automobile()
        End If
    Next
    Return autos
End Function

Public Sub NullReferenceFromListItem()
    Dim cars = BadGetCarList()
    For Each car As Automobile In cars
        Console.WriteLine(car.ToString())
    Next
End Sub

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由于存在某个条件，所以不创建对象

若在条件块中初始化引用类型，则在该条件为 false 时，将不会创建对象。

在本示例中，NullReferenceFromConditionalCreation 中突出显示的行将引发 NullReferenceException，因为它仅当 DetermineTheCondition() 方法返回 true 时才初始化 engine 变量。

 public bool DetermineTheCondition()
{
    return false;
}

public void NullReferenceFromConditionalCreation()
{
    EngineInfo engine = null;
    var condition = DetermineTheCondition();
    if (condition)
    {
        engine = new EngineInfo();
        engine.Power = "Diesel";
        engine.Size = 2.4;
    }
    Console.WriteLine(engine.Size);
}

Public Function DetermineTheCondition() As Boolean
    Return False
End Function

Public Sub NullReferenceFromConditionalCreation()
    Dim engine As EngineInfo = Nothing
    Dim condition = DetermineTheCondition()
    If condition Then
        engine = New EngineInfo()
        engine.Power = "Diesel"
        engine.Size = 2.4
    End If
    Console.WriteLine(engine.Size)
End Sub

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传递给方法的对象属性设置为 null

当对象作为参数按值传递给方法时（不在 C# 中使用 ref 或 out 关键字或在 Visual Basic 中使用 ByRef），该方法无法更改参数的内存位置（参数所指向的位置），但可以更改对象的属性。

在本示例中，NullPropertyReferenceFromPassToMethod 方法创建 Automobile 对象并初始化 Engine 属性。 然后它将调用 BadSwapCarEngine，将新对象作为参数传递。 BadSwapCarEngine 将 Engine 属性设置为 null，这会导致 NullPropertyReferenceFromPassToMethod 中突出显示的代码行引发 NullReferenceException。

public void BadSwapCarEngine(Automobile car)
{
    car.Engine = null;
}

public void (Automobile car)
{
    car.Engine = new EngineInfo("GAS", 1.5);
    BadSwapCarEngine(car);
    Console.WriteLine(car.Engine.ToString());
}

Public Sub BadSwapCarEngine(car As Automobile)
    car.Engine = Nothing
End Sub

Public Sub NullPropertyReferenceFromPassToMethod()
    Dim car As New Automobile()
    car.Engine = New EngineInfo("GAS", 1.5)
    BadSwapCarEngine(car)
    Console.WriteLine(car.Engine.ToString())
End Sub

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通过引用传递给方法的对象设置为 null

当你通过引用将引用类型作为参数传递给方法（使用 C# 中的 ref 或 out 关键字或者 Visual Basic 中的 ByRef 关键字）时，你可以更改该参数指向的内存位置。

如果通过引用将引用类型传递给某个方法，则该方法可以将引用的类型设置为 null（在 Visual Basic 中为 Nothing）。

在本示例中，NullReferenceFromPassToMethodByRef 中突出显示的行将引发 NullReferenceException，因为对 BadEngineSwapByRef 方法的调用将 stockEngine 变量设置为 null。

public void BadEngineSwapByRef(ref EngineInfo engine)
{
    engine = null;
}

public void NullReferenceFromPassToMethodByRef()
{
    var stockEngine = new EngineInfo();
    stockEngine.Power = "Gas";
    stockEngine.Size = 7.0;
    BadSwapEngineByRef(ref stockEngine);
    Console.WriteLine(stockEngine.ToString());
}

Public Sub BadSwapEngineByRef(ByRef engine As EngineInfo)
    engine = Nothing
End Sub

Public Sub NullReferenceFromPassToMethodByRef()
    Dim formatStr = "The stock engine has been replaced by a {0} liter {} engine"
    Dim stockEngine = New EngineInfo()
    stockEngine.Power = "Gas"
    stockEngine.Size = 7.0
    BadSwapEngineByRef(stockEngine)
    Console.WriteLine(stockEngine.ToString())
End Sub

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在开发期间查找 null 引用异常的源

使用数据提示、“局部变量”窗口和“监视”窗口来查看变量值

遍历调用堆栈以查找何处未初始化引用变量或未将其设置为 null

将条件断点设置为在对象为 null（在 Visual Basic 中为 Nothing）时停止调试

使用数据提示、“局部变量”窗口和“监视”窗口来查看变量值

  • 将指针放在变量名上，可以在 data tip 中查看它的值。 如果变量引用某个对象或集合，你可以通过展开数据类型检查其属性或元素。

  • 打开“局部变量”窗口，检查在当前上下文中处于活动状态的变量。

  • 使用“监视”窗口关注变量如何在你逐句通过代码代码时发生更改。

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遍历调用堆栈以查找何处未初始化引用变量或未将其设置为 null

Visual Studio“调用堆栈”窗口显示了当调试器在异常或断点处停止时尚未完成的方法的名称列表。 你可以在“调用堆栈”窗口中选择名称，然后选择“切换到帧”以更改方法的执行上下文并检查其变量。

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将条件断点设置为在对象为 null（在 Visual Basic 中为 Nothing）时停止调试

你可以将条件断点设置为当变量为 null 时中断。 条件断点在不经常发生 null 引用时（例如，当集合中的项仅间歇性为 null 时）十分有用。 条件断点的另一个优点是，使你可以在提交到特定处理例程之前调试问题。

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避免 NullReferenceExceptions

使用 Debug.Assert 来确认固定参数

完全初始化引用类型

使用 Debug.Assert 来确认固定参数

“固定”指你确信是 true 的条件。 Debug.Assert (System.Diagnostics) 语句仅从调试版本的应用中调用，并且不从发行代码中调用。 若固定参数条件不为 true，则调试器将在 Assert 语句处中断，并且将显示一个对话框。 Debug.Assert 将检查在开发应用时条件是否未发生更改。 断言还介绍有关其他人阅读你的代码始终必须满足的条件。

例如，MakeEngineFaster 方法假设它的 engine 参数绝不会是 null，因为已知它仅有的调用方法 (TheOnlyCallerOfMakeEngineFaster) 对 EngineInfo 进行完整初始化。 MakeEngineFaster 中的断言记录了该假设并检查该假设是否为 true。

如果某人添加不会初始化该参数的新调用方法 (BadNewCallerOfMakeEngineFaster)，将触发该断言。

private void TheOnlyCallerOfMakeEngineFaster()
{
    var engine = new EngineInfo();
    engine.Power = "GAS";
    engine.Size = 1.5;
    MakeEngineFaster(engine);
}

private void MakeEngineFaster(EngineInfo engine)
{
    System.Diagnostics.Debug.Assert(engine != null, "Assert: engine != null");
    engine.Size *= 2;
    Console.WriteLine("The engine is twice as fast");
}

private void BadNewCallerOfMakeEngineFaster()
{
    EngineInfo engine = null;
    MakeEngineFaster(engine);
}

Public Sub TheOnlyCallerOfMakeEngineFaster()
    Dim engine As New EngineInfo
    engine.Power = "GAS"
    engine.Size = 1.5
    MakeEngineFaster(engine)
End Sub

Private Sub MakeEngineFaster(engine As EngineInfo)
    System.Diagnostics.Debug.Assert(engine IsNot Nothing, "Assert: engine IsNot Nothing")
    engine.Size = engine.Size * 2
    Console.WriteLine("The engine is twice as fast")
End Sub

Public Sub BadNewCallerOfMakeEngineFaster()
    Dim engine As EngineInfo = Nothing
    MakeEngineFaster(engine)
End Sub

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完全初始化引用类型

为了避免许多 NullReferenceExceptions，请在创建引用类型后尽快将其完全初始化。

向你自己的类添加完整初始化

若要控制引发 NullReferenceException 的类，则可以考虑在类型的构造函数中完全初始化对象。 例如，以下是用于确保完全初始化的示例类修改后的版本：

public class Automobile
{
    public EngineInfo Engine { get; set; }

    public Automobile() 
    { 
        this.Engine = new EngineInfo(); 
    }

    public Automobile(string powerSrc, double engineSize)
    {
        this.Engine = new EngineInfo(powerSrc, engineSize);
    }
}


public class EngineInfo
{
    public double Size {get; set;}
    public string Power {get; set;}

    public EngineInfo() 
    { 
        // the base engine 
        this.Power = "GAS"; 
        this.Size = 1.5; 
    }

    public EngineInfo(string powerSrc, double engineSize)
    {
        this.Power = powerSrc;
        this.Size = engineSize;
    }
}

Public Class Automobile
    Public Property Engine As EngineInfo

    Public Sub New() 
        Me.Engine = New EngineInfo() 
    End Sub 

    Public Sub New(powerSrc As String, engineSize As Double) 
        Me.Engine = New EngineInfo(powerSrc, engineSize) 
    End Sub

End Class

Public Class BaseEngineInfo
    Public Sub New() 
        ' the base engine 
        Me.Power = "GAS" 
        Me.Size = 1.5 
    End Sub

    Public Sub New(powerSrc As String, engineSize As Double)
        Power = powerSrc
        Size = engineSize
    End Sub

    Public Property Size() As Double
    Public Power As String = String.Empty
End Class

备注

针对大型属性或不常用的属性使用延迟初始化

若要减少类的内存占用大小并需要提高其性能，请考虑使用引用类型属性的延迟初始化。请参阅延迟初始化。

处理发行代码中的 NullReferenceExceptions

在使用引用类型之前检查 null（在 Visual Basic 中为 Nothing）

使用 try – catch – finally（在 Visual Basic 中为 Try – Catch – Finally）处理异常

提前避免 NullReferenceException 比在发生后才进行处理更好。 处理异常会导致代码更难维护和理解，并且有时会引入其他 bug。 NullReferenceException 通常为不可恢复的错误。 在这些情况下，让异常停止应用可能是最佳替代方法。

然而，在许多情况下，处理错误可能非常有用：

  • 你的应用可以忽略为 null 的对象。 例如，如果你的应用检索并处理数据库中的记录，则你可以忽略一些导致 null 对象的错误记录。 你可能仅需在日志文件或应用程序 UI 中记录错误数据。

  • 可以从异常中恢复。 例如，在连接丢失或连接超时的情况下，对返回引用类型的 Web 服务的调用可能会返回 null。 可尝试重新建立连接并再次尝试调用。

  • 可将你的应用状态还原到有效状态。 例如，你可能要执行多步骤的任务，该任务需要你在调用引发 NullReferenceException 的方法之前将信息保存到数据存储。 如果未初始化的对象可能会损坏数据记录，你可以在关闭应用之前删除之前的数据。

  • 你需要报告异常。 例如，如果该错误由应用用户的某个错误引起，你可以生成一条可帮助该用户提供正确信息的消息。 你还可以记录有关该错误的信息来帮助你解决此问题。 某些框架（如 ASP.NET）具有高级别的异常处理程序，该处理程序可捕获所有错误，以便应用永远不会发生崩溃，在这种情况下，记录异常可能是你用来了解是否发生异常的唯一方式。

下面是处理发行代码中的 NullReferenceException 的两种方式。

在使用引用类型之前检查 null（Visual Basic 中为 Nothing）

在使用对象之前针对 null 使用显式测试，可避免 try-catch-finally 构造对性能的影响。 但是，你仍需要确定并实现在响应未初始化的对象时执行的操作。

在本示例中，CheckForNullReferenceFromMethodReturnValue 测试 BadGetEngineInfo 方法的返回值。 若对象不为 null，则可用；否则，该方法将报告错误。

public EngineInfo BadGetEngineInfo()
{
    EngineInfo engine = null;
    return engine;
}

public void CheckForNullReferenceFromMethodReturnValue()
{
    var engine = BadGetEngineInfo();
    if(engine != null)
    {
        // modify the info
        engine.Power = "DIESEL";
        engine.Size = 2.4;
    }
    else
    {
        // report the error
        Console.WriteLine("BadGetEngine returned null")
    }
}

public EngineInfo BadGetEngineInfo()
{
    EngineInfo engine = null;
    return engine;
}
Public Sub CheckForNullReferenceFromMethodReturnValue()
    Dim engine = BadGetEngineInfo()
    If (engine IsNot Nothing) Then
        ' modify the info
        engine.Power = "DIESEL"
        engine.Size = 2.4
    Else
        ' report the error
        Console.WriteLine("BadGetEngineInfo returned Nothing")
    End If

End Sub

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用 try – catch – finally（在 Visual Basic 中为 Try – Catch – Finally）处理异常

通过使用内置异常处理构造（在 C# 中为 try, catch, finally，在 Visual Basic 中为 Try, Catch, Finally），除了检查要使用的对象是否不为 null 之外，还可为你提供更多用于处理 NullReferenceExceptions 的选项。

在此示例中，CatchNullReferenceFromMethodCall 会使用两个断言来确认关于它的参数中包含完整 Automobile 对象（包括 Engine 属性）的假设。 在 try 块中，突出显示的代码行将引发 NullReferenceException，因为对 RarelyBadEngineSwap 的调用将销毁 Car 对象的 Engine 属性。 catch 块捕获异常、将异常信息写入文件并向用户报告错误。 在 finally 块中，该方法将确保 Car 的状态并不比方法开始时差。

public void RarelyBadSwapCarEngine(Automobile car)
{
    if ((new Random()).Next() == 42)
    {
        car.Engine = null;
    }
    else
    {
        car.Engine = new EngineInfo("DIESEL", 2.4);
    }
}

public void CatchNullReferenceFromMethodCall(Automobile car)
{
    System.Diagnostics.Debug.Assert(car != null, "Assert: car != null");
    System.Diagnostics.Debug.Assert(car.Engine != null, "Assert: car.Engine != null");

    // save current engine properties in case they're needed
    var enginePowerBefore = car.Engine.Power;
    var engineSizeBefore = car.Engine.Size;

    try
    {
        RarelyBadSwapCarEngine(car);
        var msg = "Swap succeeded. New engine power source: {0} size {1}";
        Console.WriteLine(msg, car.Engine.Power, car.Engine.Size);
    }
    catch(NullReferenceException nullRefEx)
    {
        // write exception info to log file
        LogException(nullRefEx);
        // notify the user
        Console.WriteLine("Engine swap failed. Please call your customer rep.");
    }
    finally
    {
        if(car.Engine == null)
        {
            car.Engine = new EngineInfo(enginePowerBefore, engineSizeBefore);
        }
    }
}

Public Sub RarelyBadSwapCarEngine(car As Automobile)
    If (New Random()).Next = 42 Then
        car.Engine = Nothing
    Else
        car.Engine = New EngineInfo("DIESEL", 2.4)
    End If
End Sub

Public Sub CatchNullReferenceFromMethodCall(car As Automobile)
    System.Diagnostics.Debug.Assert(car IsNot Nothing)
    System.Diagnostics.Debug.Assert(car.Engine IsNot Nothing)

    ' save current engine properties in case they're needed
    Dim powerBefore = car.Engine.Power
    Dim sizeBefore = car.Engine.Size

    Try
        RarelyBadSwapCarEngine(car)
        Dim msg = "Swap succeeded. New engine power source: {0} size {1}"
        Console.WriteLine(msg, car.Engine.Power, car.Engine.Size)
    Catch nullRefEx As NullReferenceException
        ' write exception info to log file
        LogException(nullRefEx)
        ' notify user
        Console.WriteLine("Engine swap failed. Please call your customer rep.")
    Finally
        If car.Engine Is Nothing Then car.Engine = New EngineInfo(powerBefore, sizeBefore)
    End Try

End Sub

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