13-2. 널 가능 타입

13-2-1.널 상태

변수는 타입에 따라 표현 범위가 정해져 있다. byte는 0 ~ 255까지의 정수를 표현하며 bool은 true, false 딱 두 가지 상태만 표현한다. int는 40억가지나 표현할 수 있지만 범위가 유한하다는 것은 같다. 개발자는 표현할 범위에 맞는 타입을 선택해서 사용한다.

하지만 현실에서는 가능한 값 중 어느 것도 아닌 경우가 존재한다. bool형의 bMale 변수로 성별을 표현하면 남자, 여자 둘 중의 상태를 저장할 수 있어 별 문제없어 보인다. 그러나 성별란을 비워 둘 수도 있고 아직 성별을 모르는 태아도 있다. 성적은 0 ~ 100의 범위에 분포하지만 결석, 채점중, 전학, 부정 행위 등 결정할 수 없는 상태도 있다.

알수 없거나 미결정된 값을 널이라고 하며 데이터베이스에서 흔히 사용한다. 널은 값이라기보다는 일종의 상태이다. 널 상태를 표현하기 위해 흔히 특이값을 사용한다. 성적은 -1이나 101처럼 정상적인 성적이 아닌 값을 선정하여 사용할 수 있다. 하지만 bool형은 특이값으로 쓸만한 값이 없어 이 방법은 한계가 있다. 그래서 데이터베이스는 널 상태를 특별히 관리한다.

널 가능 타입은 특정 타입의 모든 값과 함께 널 상태까지 표현하는 타입이다. 내부 타입 T에 대한 널 가능 타입은 System.Nullable<T>로 표현하며 다음 선언문은 널 가능 T 타입의 변수를 선언한다.

System.Nullable<T> 변수명;

T 타입을 래핑하는 제네릭 클래스이다. 선언문이 너무 길기 때문에 C#은 타입 다음에 ? 기호를 사용하여 T? 로 표기하는 방법을 지원한다.

byte? Value; // 0~255 또는 null 중 한 값을 가진다.

bool? bLuner; // true, false, null 중 한 값을 가진다.

? 앞에 있는 T를 내장 타입이라고 하는데 값 타입만 올 수 있으며 참조형은 안된다. 왜냐하면 클래스 같이 복잡한 타입은 널 상태를 정의하기 애매하기 때문이다. 널 가능 타입의 배열을 정의하는 것은 가능하다. int?[] arAge; 는 10개의 나이값이되 각 요소가 널 상태일 수 있다. T? 타입은 다음 두 개의 읽기 전용 프로퍼티를 가진다.

l HasValue : 값이 정의되어 있는지 조사한다. true이면 제대로 된 값이 저장되어 있는 것이고 false이면 아직 결정되지 않은 널 상태이다. 이 프로퍼티로 널 여부를 조사할 수 있으며 변수를 null과 직접 비교하는 것도 가능하다.

l Value : 내부 타입의 실제값이며 변수 자체를 읽는 것과 같다. 널이 아니라면 실제값이 읽혀지지만 널이라면 InvalidOperationException 예외가 발생한다. 널 가능 타입의 디폴트는 null이며 이때 Value는 알 수 없는 쓰레기 값을 가진다.

널 가능한 타입은 값 외에도 null이라는 특수한 상태일 수 있어 읽을 때 항상 null 여부를 신경써야 한다.

Nullable
using System; class CSTest { public static void Main() { int? Age; Age = 3; if (Age.HasValue) { Console.WriteLine(Age); } else { Console.WriteLine("알 수 없는 나이임"); } } }
실행결과	3

널 가능한 정수형 변수 Age를 선언했다. 값을 가지고 있으면 실제값을 출력하고 그렇지 않으면 알 수 없다는 메시지를 출력한다. 사용자가 입력을 거부했다거나 입력중 에러가 발생하여 널이 될 수도 있다.

Age.HasValue는 Age != null 조건과 같고 Age는 Age.Value와 같다. 널 가능 타입에 대한 연산 규칙은 일반 변수와 유사하되 null 키워드를 사용할 수 있고 연산 결과도 null일 수 있다는 점이 다르다. 값을 읽는 중에 예외가 발생할 수도 있다. 널 가능 타입과 일반 타입을 대입할 때의 규칙은 다음과 같다.

int i;

int? n;

i = n; // 에러. 타입이 달라 대입 불가

i = (int)n; // 컴파일 가능하나 n이 null일 경우 예외 발생

i = n.Value; // 컴파일 가능하나 n이 null일 경우 예외 발생

n = i; // 항상 가능. n이 i보다 표현 범위가 더 넓다.

n = null; // 항상 가능

옆의 주석을 읽어 보면 상식에 크게 위배되는 점이 없다. 주의할 것은 널 가능한 타입끼리 비교할 때인데 둘 중 하나라도 null이면 비교 결과는 null이 된다.

int? a = null;

int? b = 12;

int? c = null;

if (a == b) // 거짓

if (a == c) // 거짓

널인 a와 값을 가지고 있는 b가 다른 것은 상식적이지만 둘 다 null인 a와 c가 다른 것은 뭔가 이상해 보인다. 똑같은 null이 다를 수 있다는 것이 null의 특수함이다. 잘 생각해 보면 정해지지도 않은 두 상태가 같다고 평가하는 것이 오히려 논리적인 모순이다. 그래서 null끼리는 다르다고 본다.

비슷한 논리가 수학에도 존재하는데 ∞ + 1은 역시 ∞이다. 어떤 수에 1을 더했는데 또 그 수라면 1이 0이 되어 버린다. 1이 0이라면 2 = 1 + 1 = 0이 되어 결국 모든 수가 다 0이다. 이런 엉뚱한 논리의 원인은 ∞를 수라고 생각하는데서 비롯되는데 ∞는 수가 아니라 계속 커지고 있는 상태여서 수와의 연산이 금지된다.

마찬가지로 null도 값이 아닌 상태여서 null과 null이 다르다는 논리가 성립한다. null 연산의 특수함은 bool? 타입에 대한 &, | 논리 연산에도 나타난다. 조금 복잡한데 진리표를 그려 보면 한 눈에 정리되지만 솔직히 조금 헷갈리는 면이 있다.

a	b	a & b	a | b
true	null	null	true
false	null	false	null
null	null	null	null

?? 이항 연산자는 a ?? b 형식으로 사용하며 a는 반드시 널 가능 타입 또는 참조 타입이어야 한다. a ?? b는 a의 값을 평가하여 a가 널이 아니라면 a를 리턴하며 널이면 b를 대신 리턴한다. 즉 이 연산자는 널 가능 변수를 읽되 널일 경우 리턴할 값을 지정한다. ?? 연산문의 b는 a가 널일 때만 평가되는 쇼트 서키트 방식이 적용된다. 즉 a가 널이 아니라면 b는 아예 평가되지도 않고 무시된다.

IfNull

using System;

class CSTest {

public static void Main() {

int? Age = null;

int MyAge;

MyAge = Age ?? 25;

Console.WriteLine($"내 나이는 {MyAge}살입니다.");

}

}

Age가 null로 초기화되었으므로 Age ?? 25는 25로 평가된다. Age ?? 25라는 표현식은 Age를 읽되 만약 Age가 결정되지 않은 상태라면 25로 간주한다는 뜻이다. 이 표현식을 조건문으로 길게 풀어 쓸 수도 있다.

if (Age.HasValue) {

MyAge = Age.Value;

} else {

MyAge = 25;

}

코드의 내용은 같지만 보다시피 너무 길어 불편하다. 이 조건문을 간단하게 줄인 것이 바로 Age ?? 25이다. Age에 null이 아닌 다른 값을 대입해 놓고 실행하면 대입된 값이 출력된다.

13-2-2.널 조건 연산자

널 가능 타입을 지원하는 새로운 연산자가 6.0에서 추가되었다. 특별한 기능을 제공한다기보다는 긴 구문을 짧게 줄여 주는 편의 문법이다. 객체와 컬렉션에 대해 두 가지 연산자가 제공되는데 동작은 비슷하다.

l 객체?.멤버 : 객체가 null이 아닐 때만 멤버를 읽거나 호출한다.

l 배열?[첨자] : 배열이나 컬렉션이 null아닐 때만 첨자의 요소를 리턴한다.

객체나 배열이 null이면 두 경우 모두 null을 리턴한다. 문자열 변수의 길이를 출력하려면 Length 속성을 읽으면 된다.

string Name = "진재영";

Console.WriteLine(Name.Length);

더 없이 간단한 코드이지만 Name이 null인 경우는 고려하지 않았다. null 상태의 객체를 사용하면 즉시 예외 처리된다. null까지 고려하자면 조건문을 작성해야 한다.

string Name = null;

if (Name != null) {

Console.WriteLine(Name.Length);

} else {

Console.WriteLine(null);

}

Name이 null 아니면 길이를 조사하여 출력하고 null이면 빈줄만 출력한다. 예외는 발생하지 않고 정상 처리된다. 조건문 대신 삼항 조건 연산자를 쓸 수도 있지만 : 좌우의 타입이 일치해야 한다는 제약이 있어 null 대신 0을 출력해야 한다.

Console.WriteLine(Name != null ? Name.Length:0);

조건문과 정확히 같지는 않아 삼항 조건 연산자는 어울리지 않는다. null 판단 조건을 대신해 주는 연산자가 바로 ?.이다.

nullop

using System;

class CSTest {

public static void Main() {

string Name = null;

Console.WriteLine(Name?.Length);

}

}

Name이 null이면 null을 리턴하여 빈줄만 출력하며 null이 아니면 Length 속성을 읽어 길이를 출력한다. ?[] 연산자도 배열, 컬렉션에 적용한다는 것만 다르고 동작은 비슷하다.

nullarray
using System; class CSTest { public static void Main() { int[] ar = { 1, 2, 3, 4, 5 }; Console.WriteLine(ar?[3]); } }
실행결과	4

배열의 3번째 요소를 읽어 출력한다. ar이 null이면 아무것도 출력하지 않는다. if문으로 써야할 코드를 연산문으로 간편하기 표기할 수 있어 짧고 편리하다.

?.과 ?[] 연산문은 앞에서 보인 조건문으로 치환되어 컴파일된다. 결국 if문을 짧게 표기하는 문법일 뿐이다. 매번 치환되기 때문에 어쩌다 한 번씩은 상관없지만 반복적으로 사용하는 것은 속도와 크기에 불리하다.

Console.WriteLine(ar?[3]); Console.WriteLine(ar?[2]); Console.WriteLine(ar?[4]);

if (ar != null) { Console.WriteLine(ar[3]); Console.WriteLine(ar[2]); Console.WriteLine(ar[4]); }

왼쪽 코드는 요소를 읽을 때마다 if문으로 매번 점검하는 꼴이어서 비효율적이다. 이럴 때는 오른쪽 코드처럼 null 여부를 딱 한 번만 점검하고 null이 아닐 때만 [ ] 연산자로 요소를 읽는 평이한 코드가 유리하다.

13-2-3.널 가능 참조형

참조형 변수는 아무것도 가리키지 않는다는 의미로 null값을 가질 수 있다. 정상적인 상황이지만 원치 않는 상황에서는 null값으로 인해 프로그램이 이상 동작하는 경우가 빈번하다.

string s = null;

Console.WriteLine($"내용 : {s}, 길이 : {s.Length}");

문자열에 아무것도 저장되어 있지 않은 상태에서 s를 출력하면 그냥 빈 문자열이어서 별 이상은 없다. 그러나 s의 메서드를 호출하면 예외를 일으키며 다운되어 버린다. null은 상태이지 유효한 문자열이 아니어서 길이를 조사할 수 없다. 문제는 이런 위험한 코드에 대해 컴파일러가 어떠한 경고나 에러를 출력하지 않는다는 점이다. 이런 문제를 해결하려면 참조형 변수를 사용하는 모든 곳에 if (s != null) 조건문을 일일이 붙여야 하는데 매번 그러기는 너무 귀찮다. 조건 점검을 생략하면 어디서 말썽을 부릴지 알 수 없다.

이런 이유로 C# 8.0에서 참조형에 대해서도 널 가능 타입을 추가했다. 참조형은 원래 널을 가질 수 있었지만 명시적인 널 가능 타입을 사용하면 위험한 코드를 안전하게 피해갈 수 있다. 이 기능은 이전 코드에 문제를 일으킬 수 있어 필요할 때만 #nullable enable 지시자로 켜서 사용하며 다 사용한 후 #nullable disable로 끈다. 다음 두 예제는 언어 버전을 8.0 이상으로 설정해야 컴파일된다.

nullableref
using System; #nullable enable class CSTest { static void Main() { string s = null; Console.WriteLine($"내용 : {s}, 길이 : {s.Length}"); } }
실행결과	warning CS8600: null 리터럴 또는 가능한 null 값을 nullable이 아닌 형식으로 변환하는 중입니다. warning CS8602: 가능한 null 참조의 역참조입니다.

두 개의 경고가 발생하며 위험하다는 것을 알려 준다. #nullable이 지정되어 있지 않으면 경고가 발생하지 않는다. null값은 널 가능 타입에 대입하라는 안내와 null일지도 모르는 값을 참조했다는 경고이다. 첫 번째 경고를 해결하려면 string? 타입을 사용한다. 이 타입을 사용하면 참조형이지만 null을 가질 수도 있다는 것을 분명히 한다. 두 번째 경고를 해결하려면 객체가 null이 아닐 때만 안전하게 참조하도록 조건문안에 작성한다.

nullableref2

using System;

#nullable enable

class CSTest {

static void Main() {

string? s = null;

if (s != null) {

Console.WriteLine($"내용 : {s}, 길이 : {s.Length}");

}

}

}

이렇게 하면 경고도 사라지고 프로그램도 안전해진다. 컴파일러는 널 가능 참조 타입의 변수를 null일 가능성이 있는 상태에서 참조할 때 경고하여 위험을 방지한다. 다만 확실히 null이 아니라는 조건문 안에 있을 때는 경고하지 않는다. 위험한 코드에 대해 경고를 해 주어 안전성을 높이는 기법이다.