教學課程：使用可為 Null 和不可為 Null 的參考類型清晰表達您的設計意圖

2025-04-02

可為 Null 的參考型別補充參考型別，同樣地，可為 Null 的實值型別補充實值型別。您可以在型別後附加?，以將變數宣告為可為 Null 的參考型別。例如，string? 表示可以為空的 string。您可以使用這些新類型更清楚地表達您的設計意圖：某些變數 必須一律有值，有些 變數可能遺漏值。

在本教學課程中，您將了解如何：

將可空和不可空的參考型別納入您的設計
在整個程式代碼中啟用可為 Null 的參考類型檢查。
撰寫程式代碼，讓編譯程式強制執行這些設計決策。
在您自己的設計中使用可空的參考功能

先決條件

本教學課程假設您已熟悉 C# 和 .NET，包括 Visual Studio 或 .NET CLI。

將可為空的參考類型納入您的設計中

在本教學課程中，您將建置一個模型運行問卷調查的程式庫。程序代碼同時使用可為 Null 的參考型別和不可為 Null 的參考型別來代表真實世界的概念。問卷問題永遠不能是空值。受訪者可能不想回答問題。在此案例中，回應可能是null。

您為此範例撰寫的程式代碼會表達該意圖，而編譯程式會強制執行該意圖。

建立應用並啟用可為空的參考類型

在 Visual Studio 中或者從命令提示字元使用 dotnet new console 建立新的控制台應用程式。將應用程式 NullableIntroduction命名為。建立應用程式後，您需要指定整個專案在啟用的 可空批註上下文中進行編譯。開啟 .csproj 檔案，並在 PropertyGroup 元素中新增一個 Nullable 元素。將其值設定為 enable。您必須在早於 C# 11 的專案中加入 可為 Null 的參考型別 功能。這是因為一旦功能開啟，現有的參考變數宣告就會變成 不可為 Null 的參考型別。雖然該決策有助於找出現有程式代碼可能沒有適當 Null 檢查的問題，但它可能無法準確地反映您的原始設計意圖：

<Nullable>enable</Nullable>

在 .NET 6 之前，新的專案不會包含 Nullable 元素。從 .NET 6 開始，新專案會在專案檔中包含 <Nullable>enable</Nullable> 元素。

設計應用程式的類型

此問卷應用程式需要建立一些類別：

模型化問題清單的類別。
用於建模問卷聯繫人清單的類別。
一個類別，該類別會建立調查人員答案的模型。

這些類型會使用 nullable 和非 nullable 的參考型別來表示哪些成員是必要的，哪些是可選的。可為 Null 的參考型別會清楚傳達該設計意圖：

屬於調查一部分的問題永遠不能是 Null：詢問空白問題並無意義。
受訪者永遠不能是 Null。您會想要追蹤您連絡的人員，甚至是拒絕參與的受訪者。
對問題的任何回應可能是 Null。受訪者可能會拒絕回答部分或所有問題。

如果您已使用 C# 進行程式設計，您可能已經習慣於允許 Null 值的參考型別，因此可能會錯過宣告不可為 Null 的實例的其他機會：

問題集合應該不可為空值。
受訪者的集合應該是不可為 Null 的。

當您撰寫程式碼時，您會看到將不可為 Null 的參考類型設為預設值，能避免導致 NullReferenceException 的常見錯誤。本教程的一個啟示是，您在這個過程中學到如何決定哪些變數可能是 null 或不可能。語言沒有提供語法來表達這些決定。現在確實如此。

您將建置的應用程式會執行下列步驟：

建立問卷，並將問題新增至其中。
為問卷建立一組虛擬隨機受訪者。
連絡受訪者，直到完成的問卷數量達到目標數量為止。
寫出問卷回應的重要統計數據。

使用可為 Null 和不可為 Null 的參考類型來設計問卷

您將撰寫的第一個程式代碼會建立問卷。您將撰寫課程來建立問卷問題和問卷回合的模型。您的問卷有三種類型的問題，以答案的格式區分：是/否答案、數位答案和文字答案。建立類別 public SurveyQuestion ：

namespace NullableIntroduction
{
    public class SurveyQuestion
    {
    }
}

編譯程式會將每個參考型別變數宣告解釋為在啟用可為 Null 註釋的上下文中非可為 Null 的參考型別。您可以新增問題文字的屬性和問題類型來查看您的第一個警告，如下列程式代碼所示：

namespace NullableIntroduction
{
    public enum QuestionType
    {
        YesNo,
        Number,
        Text
    }

    public class SurveyQuestion
    {
        public string QuestionText { get; }
        public QuestionType TypeOfQuestion { get; }
    }
}

因為您尚未初始化 QuestionText，編譯程式會發出警告，指出尚未初始化不可為 Null 的屬性。您的設計要求問題內容不可為空，因此您新增一個建構函式來初始化它和QuestionType值。完成的類別定義看起來像下列程式代碼：

namespace NullableIntroduction;

public enum QuestionType
{
    YesNo,
    Number,
    Text
}

public class SurveyQuestion
{
    public string QuestionText { get; }
    public QuestionType TypeOfQuestion { get; }

    public SurveyQuestion(QuestionType typeOfQuestion, string text) =>
        (TypeOfQuestion, QuestionText) = (typeOfQuestion, text);
}

新增建構函式會移除警告。建構函式自變數也是不可為 Null 的參考類型，因此編譯程式不會發出任何警告。

接下來，建立名為的publicSurveyRun類別。這個類別包含物件和方法清單 SurveyQuestion ，可將問題新增至問卷，如下列程式代碼所示：

using System.Collections.Generic;

namespace NullableIntroduction
{
    public class SurveyRun
    {
        private List<SurveyQuestion> surveyQuestions = new List<SurveyQuestion>();

        public void AddQuestion(QuestionType type, string question) =>
            AddQuestion(new SurveyQuestion(type, question));
        public void AddQuestion(SurveyQuestion surveyQuestion) => surveyQuestions.Add(surveyQuestion);
    }
}

如同之前，您必須將清單物件初始化為非 Null 值，或編譯程式發出警告。第二個多載 AddQuestion 中沒有 Null 檢查，因為它們並不需要：您已宣告該變數不可為 Null。其值不可以是 null。

切換至編輯器中的 Program.cs ，並以下列幾行程式代碼取代的內容 Main ：

var surveyRun = new SurveyRun();
surveyRun.AddQuestion(QuestionType.YesNo, "Has your code ever thrown a NullReferenceException?");
surveyRun.AddQuestion(new SurveyQuestion(QuestionType.Number, "How many times (to the nearest 100) has that happened?"));
surveyRun.AddQuestion(QuestionType.Text, "What is your favorite color?");

由於整個專案都是在啟用了可為空值的註解環境中，因此當您傳遞 null 至任何預期不可為空值的參考類型的方法時，您會收到警告。將下列這一行新增至 Main，然後試試看：

surveyRun.AddQuestion(QuestionType.Text, default);

建立受訪者並取得問卷的解答

接下來，撰寫產生問卷解答的程序代碼。過程涉及幾項小任務：

建置產生受訪者物件的方法。這代表被要求填寫調查問卷的人。
建置邏輯來模擬向受訪者詢問問題，並收集答案或注意到受訪者未回答的問題。
重複，直到足夠的受訪者回答調查。

您需要一個類別來代表問卷回應，因此請立即新增。啟用可為 Null 的支援功能。 Id新增屬性和初始化它的建構函式，如下列程式代碼所示：

namespace NullableIntroduction
{
    public class SurveyResponse
    {
        public int Id { get; }

        public SurveyResponse(int id) => Id = id;
    }
}

接下來，新增 static 方法以產生隨機標識符來建立新的參與者：

private static readonly Random randomGenerator = new Random();
public static SurveyResponse GetRandomId() => new SurveyResponse(randomGenerator.Next());

此類別的主要責任是產生問卷中問題參與者的回應。此責任有一些步驟：

要求參與調查。如果人員不同意，請傳回遺漏的（或 null）回應。
詢問每個問題並記錄答案。每個答案也可能遺失（或 Null）。

將下列程式碼新增至您的 SurveyResponse 類別：

private Dictionary<int, string>? surveyResponses;
public bool AnswerSurvey(IEnumerable<SurveyQuestion> questions)
{
    if (ConsentToSurvey())
    {
        surveyResponses = new Dictionary<int, string>();
        int index = 0;
        foreach (var question in questions)
        {
            var answer = GenerateAnswer(question);
            if (answer != null)
            {
                surveyResponses.Add(index, answer);
            }
            index++;
        }
    }
    return surveyResponses != null;
}

private bool ConsentToSurvey() => randomGenerator.Next(0, 2) == 1;

private string? GenerateAnswer(SurveyQuestion question)
{
    switch (question.TypeOfQuestion)
    {
        case QuestionType.YesNo:
            int n = randomGenerator.Next(-1, 2);
            return (n == -1) ? default : (n == 0) ? "No" : "Yes";
        case QuestionType.Number:
            n = randomGenerator.Next(-30, 101);
            return (n < 0) ? default : n.ToString();
        case QuestionType.Text:
        default:
            switch (randomGenerator.Next(0, 5))
            {
                case 0:
                    return default;
                case 1:
                    return "Red";
                case 2:
                    return "Green";
                case 3:
                    return "Blue";
            }
            return "Red. No, Green. Wait.. Blue... AAARGGGGGHHH!";
    }
}

問卷答案的儲存是 Dictionary<int, string>?，表示可能是空值。您正在使用新的語言特性來明確表達您的設計意圖，無論是給編譯器還是給稍後閱讀您的程式碼的人。如果您在未先檢查 null 值的情況下引用 surveyResponses，就會收到編譯器警告。在 AnswerSurvey 方法中您不會收到警告，因為編譯器能夠判斷 surveyResponses 變數在上方已設定為非空值。

利用 null 來表示遺漏的答案，突顯了使用可為 Null 參考類型的一個關鍵點：您的目標並不是要從程式中移除所有 null 值。相反地，您的目標是確保您撰寫的程式代碼表達設計意圖。遺漏值是在您的程序代碼中表示的必要概念。此值 null 是表達這些遺漏值的清楚方式。嘗試移除所有 null 值只會定義一些其他方法來表示沒有的 null遺漏值。

接下來，您必須在SurveyRun類別中撰寫PerformSurvey方法。在類別中 SurveyRun 新增下列程式代碼：

private List<SurveyResponse>? respondents;
public void PerformSurvey(int numberOfRespondents)
{
    int respondentsConsenting = 0;
    respondents = new List<SurveyResponse>();
    while (respondentsConsenting < numberOfRespondents)
    {
        var respondent = SurveyResponse.GetRandomId();
        if (respondent.AnswerSurvey(surveyQuestions))
            respondentsConsenting++;
        respondents.Add(respondent);
    }
}

同樣地，您選擇的可為 null 的 List<SurveyResponse>? 表示回應可能是 null。這表明調查尚未提供給任何受訪者。請注意，會持續新增受訪者，直到有足夠的人同意為止。

執行問卷的最後一步是新增一個呼叫，在 Main 方法的結尾執行問卷。

surveyRun.PerformSurvey(50);

檢查問卷回應

最後一個步驟是顯示問卷結果。您會將程式代碼新增至您已撰寫的許多類別。此程式碼演示區分可空和不可空參考型別的重要性。首先，將下列兩個運算式主體成員新增至 SurveyResponse 類別：

public bool AnsweredSurvey => surveyResponses != null;
public string Answer(int index) => surveyResponses?.GetValueOrDefault(index) ?? "No answer";

因為 surveyResponses 是可為 Null 的參考型別，所以在取消參考之前，必須先進行 Null 檢查。 Answer方法會傳回不可為 Null 的字串，因此我們必須使用 Null 合併運算子來處理缺少答案的情況。

接下來，將這三個表達式主體成員新增至 SurveyRun 類別：

public IEnumerable<SurveyResponse> AllParticipants => (respondents ?? Enumerable.Empty<SurveyResponse>());
public ICollection<SurveyQuestion> Questions => surveyQuestions;
public SurveyQuestion GetQuestion(int index) => surveyQuestions[index];

成員 AllParticipants 必須考慮 respondents 變數可能是 Null，但傳回值不能是 Null。如果您藉由移除 ?? 和後面的空白序列來變更該表達式，編譯程式會警告您方法可能會傳回 null ，而其傳回簽章會傳回不可為 Null 的類型。

最後，在方法底部 Main 新增下列迴圈：

foreach (var participant in surveyRun.AllParticipants)
{
    Console.WriteLine($"Participant: {participant.Id}:");
    if (participant.AnsweredSurvey)
    {
        for (int i = 0; i < surveyRun.Questions.Count; i++)
        {
            var answer = participant.Answer(i);
            Console.WriteLine($"\t{surveyRun.GetQuestion(i).QuestionText} : {answer}");
        }
    }
    else
    {
        Console.WriteLine("\tNo responses");
    }
}

因為基礎介面已設計成都會傳回不可為 Null 的參考型別，所以在此程式代碼中不需要任何 null 檢查。

取得程式碼

您可以從 csharp/NullableIntroduction 資料夾中的範例存放庫取得已完成教學課程的程式代碼。

嘗試變更可空性和非可空性參考型別之間的型別宣告以進行實驗。看看如何生成不同的警告，以確保您不會不小心解引用 null。

後續步驟

瞭解如何使用 Entity Framework 時使用可為 Null 的參考類型：

Entity Framework Core 基本概念：使用可空參考類型

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