什么是空引用異常(NullReferenceException)，我該怎么修復它？
在C#中，空引用異常（NullReferenceException）是最常見的異常之一。它發(fā)生在你嘗試訪問或操作一個空對象時。換句話說，當你沒有為變量分配一個有效的對象引用，卻嘗試使用它時，就會拋出空引用異常。
引發(fā)的原因是什么
您正在嘗試使用空值（或 VB.NET 中的“Nothing”）。這意味著您將其設置為 null，或者根本沒有設置任何值。
與其他任何東西一樣，空值會傳遞。如果在方法“A”中為 null，則可能是方法“B”將 null 傳遞給了方法“A”。
空值可能有不同的含義：
- 未初始化的對象變量，因此指向空值。在這種情況下，如果您訪問此類對象的成員，會導致 NullReferenceException。
- 開發(fā)人員故意使用null來表示沒有可用的有意義的值。請注意，C#有變量的可空數(shù)據(jù)類型的概念（就像數(shù)據(jù)庫表可以有可空字段一樣）-您可以將null分配給它們，以指示其中沒有存儲值，例如int? a = null;（這是Nullable<int> a = null;的快捷方式;）其中問號表示允許在變量a中存儲null。您可以使用if（a.HasValue）{...}或if（a==null）{...}來檢查它?？煽兆兞浚热邕@個例子，允許通過a.Value顯式訪問值，或者像正常情況下一樣通過a訪問。
請注意，通過a.Value訪問它如果a為空會引發(fā)InvalidOperationException而不是NullReferenceException-您應該事先進行檢查，即如果您有另一個非空變量int b;然后您應該進行賦值，如if（a.HasValue）{b = a.Value;}或更短的if（a！=null）{b = a;}。
這篇文章的其余部分會更詳細地介紹，并展示許多程序員經常犯的錯誤，這些錯誤可能導致空引用異常。
更具體地
運行時拋出 NullReferenceException 總是意味著同樣的事情：你試圖使用一個引用，但該引用沒有被初始化（或者曾經被初始化過，但現(xiàn)在已經不再被初始化）。
這意味著該引用是空的，你無法通過空引用訪問成員（比如方法）。這是最簡單的情況：
string foo = null;
foo.ToUpper();這將在第二行拋出NullReferenceException，因為你不能在指向null的字符串引用上調用實例方法ToUpper()。
調試 Debugging
你如何找到 NullReferenceException 的源頭？除了查看異常本身會在發(fā)生異常的位置拋出之外，Visual Studio 調試的一般規(guī)則也適用：設置策略性的斷點并檢查你的變量，可以通過將鼠標懸停在它們的名稱上、打開（快速）監(jiān)視窗口或者使用諸如本地變量和自動變量等各種調試面板來進行。
如果你想找出引用是在哪里設置或未設置，右鍵單擊它的名稱并選擇“查找所有引用”。然后你可以在每個找到的位置設置斷點，并使用附加了調試器的程序運行。每當調試器在這樣的斷點上中斷時，你需要確定你是否期望引用是非空的，檢查變量，并驗證它在你期望的時候指向一個實例。
通過這種方式跟蹤程序流程，你可以找到實例不應為 null 的位置，以及為什么它沒有被正確設置。
案例 Examples
一些常見的異常拋出場景：
通用
ref1.ref2.ref3.member如果ref1或ref2或ref3為空，那么你會得到一個NullReferenceException。如果你想解決這個問題，那么找出哪一個是空的，通過將表達式重寫為更簡單的等價形式來解決。
var r1 = ref1;
var r2 = r1.ref2;
var r3 = r2.ref3;
r3.member在HttpContext.Current.User.Identity.Name中，HttpContext.Current可能為null，或者User屬性可能為null，或者Identity屬性可能為null。
間接
public class Person
{
public int Age { get; set; }
}
public class Book
{
public Person Author { get; set; }
}
public class Example
{
public void Foo()
{
Book b1 = new Book();
int authorAge = b1.Author.Age; // You never initialized the Author property.
// there is no Person to get an Age from.
}
}如果你想避免子對象（People）的空引用，你可以在父對象（BooK）的構造函數(shù)中對其進行初始化。
嵌套對象初始化
同樣的規(guī)則也適用于嵌套對象初始化器：
Book b1 = new Book
{
Author = { Age = 45 }
};轉換為：
Book b1 = new Book();
b1.Author.Age = 45;雖然使用了新關鍵字，它只創(chuàng)建了 Book 的一個新實例，而不是 Person 的新實例，所以 Author 屬性仍然為空。
嵌套集合初始化器
public class Person
{
public ICollection<Book> Books { get; set; }
}
public class Book
{
public string Title { get; set; }
}嵌套集合初始化器的行為相同：
Person p1 = new Person
{
Books = {
new Book { Title = "Title1" },
new Book { Title = "Title2" },
}
};轉換為：
Person p1 = new Person();
p1.Books.Add(new Book { Title = "Title1" });
p1.Books.Add(new Book { Title = "Title2" });使用 new Person 只會創(chuàng)建一個 Person 的實例，但 Books 集合仍然為空。集合初始化器語法不會為 p1.Books 創(chuàng)建一個集合，它只是將其轉換為 p1.Books.Add(...) 語句。
Array
int[] numbers = null;
int n = numbers[0]; // numbers is null. There is no array to index.Array Elements
Person[] people = new Person[5];
people[0].Age = 20 // people[0] is null. The array was allocated but not
// initialized. There is no Person to set the Age for.Jagged Arrays
long[][] array = new long[1][];
array[0][0] = 3; // is null because only the first dimension is yet initialized.
// Use array[0] = new long[2]; first.Collection/List/Dictionary
Dictionary<string, int> agesForNames = null;
int age = agesForNames["Bob"]; // agesForNames is null.
// There is no Dictionary to perform the lookup.范圍變量（間接/延遲）
public class Person
{
public string Name { get; set; }
}
var people = new List<Person>();
people.Add(null);
var names = from p in people select p.Name;
string firstName = names.First(); // Exception is thrown here, but actually occurs
// on the line above. "p" is null because the
// first element we added to the list is null.Events (C#)
public class Demo
{
public event EventHandler StateChanged;
protected virtual void OnStateChanged(EventArgs e)
{
StateChanged(this, e); // Exception is thrown here
// if no event handlers have been attached
// to StateChanged event
}
}(注意：VB.NET 編譯器會在事件使用時插入空值檢查，因此在 VB.NET 中不需要檢查事件是否為 Nothing。)
糟糕的命名規(guī)范：
如果你將字段命名與局部變量不同，你可能會意識到你從未初始化該字段。
public class Form1
{
private Customer customer;
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
{
Customer customer = new Customer();
customer.Name = "John";
}
private void Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
MessageBox.Show(customer.Name);
}
}這個問題可以通過遵循在字段前加下劃線的命名約定來解決：
private Customer _customer;ASP.NET Page Life cycle:
public partial class Issues_Edit : System.Web.UI.Page
{
protected TestIssue myIssue;
protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
{
if (!IsPostBack)
{
// Only called on first load, not when button clicked
myIssue = new TestIssue();
}
}
protected void SaveButton_Click(object sender, EventArgs e)
{
myIssue.Entry = "NullReferenceException here!";
}
}ASP.NET Session Values
// if the "FirstName" session value has not yet been set,
// then this line will throw a NullReferenceException
string firstName = Session["FirstName"].ToString();ASP.NET MVC empty view models
如果在 ASP.NET MVC 視圖中引用 @Model 的屬性時發(fā)生異常，你需要明白 Model 是在你的操作方法中設置的，當你返回一個視圖時。當你從控制器返回一個空模型（或模型屬性）時，視圖在訪問它時會發(fā)生異常。
// Controller
public class Restaurant:Controller
{
public ActionResult Search()
{
return View(); // Forgot the provide a Model here.
}
}
// Razor view
@foreach (var restaurantSearch in Model.RestaurantSearch) // Throws.
{
}
<p>@Model.somePropertyName</p> <!-- Also throws -->WPF Control Creation Order and Events
WPF 控件在調用 InitializeComponent 時按照它們在可視樹中出現(xiàn)的順序創(chuàng)建。如果在 InitializeComponent 中引用了在后續(xù)創(chuàng)建階段的控件的早期創(chuàng)建控件中的事件處理程序等，就會引發(fā) NullReferenceException。
例如：
<Grid>
<!-- Combobox declared first -->
<ComboBox Name="comboBox1"
Margin="10"
SelectedIndex="0"
SelectionChanged="comboBox1_SelectionChanged">
<ComboBoxItem Content="Item 1" />
<ComboBoxItem Content="Item 2" />
<ComboBoxItem Content="Item 3" />
</ComboBox>
<!-- Label declared later -->
<Label Name="label1"
Content="Label"
Margin="10" />
</Grid>在這里，comboBox1 在 label1 之前創(chuàng)建。如果 comboBox1_SelectionChanged 嘗試引用 `label1，它可能尚未被創(chuàng)建。
private void comboBox1_SelectionChanged(object sender, SelectionChangedEventArgs e)
{
label1.Content = comboBox1.SelectedIndex.ToString(); // NullReferenceException here!!
}改變 XAML 中聲明的順序（即，在 comboBox1 之前列出 label1，忽略設計哲學的問題）至少會解決這里的 NullReferenceException。
"as" 進行類型轉換
var myThing = someObject as Thing;這種方法在類型轉換失敗時不會拋出 InvalidCastException，而是返回 null（當 someObject 本身為 null 時也是如此）。所以請注意這一點。
LINQFirstOrDefault()andSingleOrDefault()
普通的 First() 和 Single() 方法在沒有匹配項時會拋出異常。而帶有 "OrDefault" 后綴的版本會返回 null。所以請注意這一點。
foreach
當嘗試對空集合進行迭代時，foreach 會拋出異常。這通常是由返回空集合的方法意外返回 null 導致的。
List<int> list = null;
foreach(var v in list) { } // NullReferenceException here更現(xiàn)實的例子是從 XML 文檔中選擇節(jié)點。如果未找到節(jié)點，會拋出異常，但初始調試顯示所有屬性都是有效的。
foreach (var node in myData.MyXml.DocumentNode.SelectNodes("http://Data"))避免的方法
顯式檢查 null 并忽略 null 值
如果你期望引用有時會是 null，可以在訪問實例成員之前檢查它是否為 null：
void PrintName(Person p)
{
if (p != null)
{
Console.WriteLine(p.Name);
}
}顯式檢查 null 并提供默認值
你調用的方法可能返回 null，例如當尋找的對象找不到時。在這種情況下，你可以選擇返回一個默認值：
string GetCategory(Book b)
{
if (b == null)
return "Unknown";
return b.Category;
}顯式檢查從方法調用返回的 null，并拋出自定義異常
你還可以拋出自定義異常，然后在調用代碼中捕獲它：
string GetCategory(string bookTitle)
{
var book = library.FindBook(bookTitle); // This may return null
if (book == null)
throw new BookNotFoundException(bookTitle); // Your custom exception
return book.Category;
}使用 `Debug.Assert` 來檢查一個值是否永遠不會為 null，以便在異常發(fā)生之前更早地捕獲問題
當你在開發(fā)過程中知道一個方法可能會返回 null，但實際上不應該返回 null 時，你可以使用 Debug.Assert()，以便在出現(xiàn)這種情況時盡快中斷程序。
string GetTitle(int knownBookID)
{
// You know this should never return null.
var book = library.GetBook(knownBookID);
// Exception will occur on the next line instead of at the end of this method.
Debug.Assert(book != null, "Library didn't return a book for known book ID.");
// Some other code
return book.Title; // Will never throw NullReferenceException in Debug mode.
}盡管這個檢查不會出現(xiàn)在發(fā)布版本中，但在運行時（在發(fā)布模式下）當 `book == null` 時，它會再次引發(fā) NullReferenceException。
使用 `GetValueOrDefault()` 方法來處理可空值類型，在其為 null 時提供一個默認值
DateTime? appointment = null;
Console.WriteLine(appointment.GetValueOrDefault(DateTime.Now));
// Will display the default value provided (DateTime.Now), because appointment is null.
appointment = new DateTime(2022, 10, 20);
Console.WriteLine(appointment.GetValueOrDefault(DateTime.Now));
// Will display the appointment date, not the default使用空合并運算符 ??（在 C# 中）或 If()（在 VB.NET 中）來提供一個默認值
遇到 null 時提供默認值的簡寫方式是使用空合并操作符（`??`）。
IService CreateService(ILogger log, Int32? frobPowerLevel)
{
var serviceImpl = new MyService(log ?? NullLog.Instance);
// Note that the above "GetValueOrDefault()" can also be rewritten to use
// the coalesce operator:
serviceImpl.FrobPowerLevel = frobPowerLevel ?? 5;
}使用空值條件運算符:?.或?[x]用于數(shù)組(在C# 6和VB.NET 14中可用):
有時這也被稱為安全導航或Elvis(根據(jù)其形狀)運算符。如果運算符左側的表達式為空，那么右側將不會被計算，而是返回空值。這意味著像這樣的情況:
var title = person.Title.ToUpper();如果person沒有title，這將拋出一個異常，因為它試圖在一個空值屬性上調用 ToUpper。
在C# 5及以下版本中，可以通過以下方式加以防范:
var title = person.Title == null ? null : person.Title.ToUpper();現(xiàn)在，title變量將為空，而不會拋出異常。C# 6引入了一個更簡潔的語法來實現(xiàn)這一點:
var title = person.Title?.ToUpper();這將導致title變量為空，如果person.Title為空，就不會調用ToUpper。
當然，你仍然需要檢查title是否為空，或者使用空值條件運算符與空值合并運算符(??)一起使用，以提供一個默認值:
// regular null check
int titleLength = 0;
if (title != null)
titleLength = title.Length; // If title is null, this would throw NullReferenceException
// combining the `?` and the `??` operator
int titleLength = title?.Length ?? 0;同樣，對于數(shù)組，你可以使用?[i]來實現(xiàn)如下功能:
int[] myIntArray = null;
var i = 5;
int? elem = myIntArray?[i];
if (!elem.HasValue) Console.WriteLine("No value");這將實現(xiàn)以下功能:如果myIntArray為空，表達式將返回null，你可以安全地進行檢查。如果它包含一個數(shù)組，它將執(zhí)行與 elem = myIntArray[i]; 相同的操作，并返回第i個元素。
使用空值上下文 (C# 8中可用):
在C# 8中引入了空值上下文和可空引用類型，它們對變量進行靜態(tài)分析，并在值可能為空或已設置為null時提供編譯器警告?？煽找妙愋驮试S明確允許類型為空。
可以使用csproj文件中的Nullable元素為項目設置可空注解上下文和可空警告上下文。此元素配置編譯器如何解釋類型的可空性以及生成哪些警告。有效的設置包括:
- enable: 啟用可空注解上下文。啟用可空警告上下文。引用類型的變量，例如字符串，是非空的。所有可空性警告都已啟用。
- disable: 禁用可空注解上下文。禁用可空警告上下文。引用類型的變量是不可知的，就像之前的C#版本一樣。所有可空性警告都已禁用。
- safeonly: 啟用可空注解上下文。啟用安全可空警告上下文。引用類型的變量是非空的。所有安全的可空性警告都已啟用。
- warnings: 禁用可空注解上下文。啟用可空警告上下文。引用類型的變量是不可知的。所有可空性警告都已啟用。
- safeonlywarnings: 禁用可空注解上下文。啟用安全可空警告上下文。引用類型的變量是不可知的。所有安全的可空性警告都已啟用。
可空引用類型的表示與可空值類型相同：在變量類型后追加?。
迭代器中調試和修復空指針引用的特殊技巧
C#支持“迭代器塊”（在其他一些流行的語言中稱為“生成器”）。NullReferenceException在迭代器塊中可能特別難以調試，因為它具有延遲執(zhí)行的特性。
public IEnumerable<Frob> GetFrobs(FrobFactory f, int count)
{
for (int i = 0; i < count; ++i)
yield return f.MakeFrob();
}
...
FrobFactory factory = whatever;
IEnumerable<Frobs> frobs = GetFrobs();
...
foreach(Frob frob in frobs) { ... }如果任何結果為空，那么MakeFrob就會拋出異?！，F(xiàn)在，你可能會認為正確的做法是這樣：
// DON'T DO THIS
public IEnumerable<Frob> GetFrobs(FrobFactory f, int count)
{
if (f == null)
throw new ArgumentNullException("f", "factory must not be null");
for (int i = 0; i < count; ++i)
yield return f.MakeFrob();
}為什么這是錯誤的？因為迭代器塊實際上直到foreach才運行！對GetFrobs的調用只是返回一個對象，當?shù)鷷r才運行迭代器塊。
通過編寫這樣的空值檢查，您可以避免NullReferenceException，但是將NullArgumentException移動到迭代點而不是調用點非常令人困惑。
正確的修復方法是：
// DO THIS
public IEnumerable<Frob> GetFrobs(FrobFactory f, int count)
{
// No yields in a public method that throws!
if (f == null)
throw new ArgumentNullException("f", "factory must not be null");
return GetFrobsForReal(f, count);
}
private IEnumerable<Frob> GetFrobsForReal(FrobFactory f, int count)
{
// Yields in a private method
Debug.Assert(f != null);
for (int i = 0; i < count; ++i)
yield return f.MakeFrob();
}這樣，創(chuàng)建一個私有的輔助方法，其中包含迭代器塊邏輯，以及一個公共的表面方法，用于進行空值檢查并返回迭代器?，F(xiàn)在，當調用GetFrobs時，空值檢查會立即發(fā)生，然后在迭代序列時執(zhí)行GetFrobsForReal。
如果你檢查LINQ to Objects的參考源代碼，你會發(fā)現(xiàn)這種技術被廣泛使用。這樣寫起來可能有點笨拙，但可以更輕松地調試空值錯誤。優(yōu)化你的代碼以方便調用者，而不是以方便作者為首要考慮。
關于不安全代碼中的空指針解引用說明
C＃有一個“不安全”模式，顧名思義，非常危險，因為不強制執(zhí)行提供內存安全性和類型安全性的正常安全機制。除非您深入了解內存工作原理，否則不應編寫不安全的代碼。
在不安全模式下，您應該注意兩個重要事實：
解除引用空指針會產生與解除引用空引用相同的異常
在某些情況下，解除引用無效的非空指針也可能產生該異常
要理解其中的原因，了解.NET如何首先生成NullReferenceException會有所幫助。（這些細節(jié)適用于在Windows上運行的.NET；其他操作系統(tǒng)使用類似的機制。）
在Windows中，內存是虛擬化的；每個進程都獲得許多“頁面”的虛擬內存空間，這些頁面由操作系統(tǒng)跟蹤。每個內存頁面都有設置的標志，確定它如何使用：讀取、寫入、執(zhí)行等。最低頁面標記為“如果以任何方式使用，則產生錯誤”。
在C＃中，空指針和空引用都被內部表示為數(shù)字零，因此任何嘗試將其解除引用為其對應的內存存儲都會導致操作系統(tǒng)產生錯誤。然后，.NET運行時檢測到此錯誤并將其轉換為NullReferenceException。
這就是為什么解除引用空指針和空引用都會產生相同異常的原因。
第二點呢？解除引用任何無效指針，該指針位于虛擬內存的最低頁面中，會導致相同的操作系統(tǒng)錯誤，從而導致相同的異常。
為什么這有意義呢？假設我們有一個包含兩個int和一個等于null的非托管指針的結構體。如果我們嘗試解除引用結構體中的第二個int，則CLR將不會嘗試訪問位置零處的存儲；它將訪問位置四處的存儲。但從邏輯上講，這是一個空解除引用，因為我們通過null到達了該地址。
如果您正在使用不安全的代碼并且遇到NullReferenceException，請注意有問題的指針不一定為空。它可以是最低頁面中的任何位置，并且將產生此異常。
