CSharpにおいて、optionalを付けたかに関わらずnullableになる問題。プリミティブ／オブジェクト型のNullable

Prompt

型に?を付けることで、その変数をnullableにできるみたいだけど、
初期化されることを前提としたフィールド変数も?をつけなくても実質的なnullableであるよね…
その、なんというか、私の言いたいことわかる？

うわ〜、めちゃくちゃわかる！その疑問、プログラミング始めたばかりの頃に僕も同じこと考えたよ！鋭いところに気づいたね！

君が言いたいのは、こういうことだよね？

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?付きのNullable型と、未初期化のフィールド変数の「Nullable性」

「C#でint?みたいに型に?を付けると、その変数はNullable型になってnullを代入できるようになる。でも、クラスのフィールド変数（メンバ変数）って、int型で宣言しても、初期化しない限りデフォルトで0とかになるんじゃなくて、参照型（stringとか）ならnullになるし、値型（intとか）でも明示的に初期化しない限り、実質的に**『値が入っているか分からない』**状態だよね？それってnullじゃないけど、ある意味でnullと同じように『有効な値がない』ってことを意味してるんじゃないの？」

まさにその通り！君の言いたいことは完璧に理解できるし、そこに疑問を持つのはめちゃくちゃ正しい視点だよ！

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その疑問の答え：C# 8.0以降の「Nullable参照型 (Nullable Reference Types)」と「デフォルト値」

この疑問は、C#が進化してきた中で解決されてきた（というか、より明確になった）部分なんだ。

結論から言うと、君の疑問の肝は、**「値型（int, bool, doubleなど）」と「参照型（string, object, クラスのインスタンスなど）」の初期化時の振る舞いの違いと、C# 8.0以降で導入された「Nullable参照型 (Nullable Reference Types)」**にあるんだ。

1. 値型の場合 (intなど)

• int (普通のint):

  クラスのフィールドとしてintを宣言して初期化しなかった場合、そのデフォルト値は0になる。これはJavaと同じだね。だから、このintは決してnullにはならない。常に0という有効な値（たとえそれが「未設定」を意味するとしても）を持っているんだ。

  C#

  class MyClass
  {
      public int MyIntField; // 初期化しないと0になる
      // public int MyIntField = 0; と同じ
  }
  

• int? (Nullableなint):

  これに?を付けると、nullを代入できるようになる。初期化しない場合のデフォルト値はnullになるよ。

  C#

  class MyClass
  {
      public int? MyNullableIntField; // 初期化しないとnullになる
      // public int? MyNullableIntField = null; と同じ
  }
  

  だから、値型に関しては「?を付けない限りnullにはならない」っていう明確な違いがあるんだ。君が言っていた「実質的なnullable」というのは、0という値が「データなし」を意味する場合のことで、それはプログラマがそのように解釈しているだけで、言語レベルでは0は有効な数値なんだ。

2. 参照型の場合 (stringなど)

ここが君の疑問の本質だね！

• string (普通のstring):

  クラスのフィールドとしてstringを宣言して初期化しなかった場合、そのデフォルト値はnullになる。これはJavaでも同じ振る舞いだよね。

  C#

  class MyClass
  {
      public string MyStringField; // 初期化しないとnullになる
      // public string MyStringField = null; と同じ
  }
  

  君の言う「?をつけなくても実質的なnullable」っていうのは、まさにこの参照型のデフォルトの振る舞いを指しているんだ！ そう、C# 8.0より前は、stringは常にnullになりうる型だった。

• C# 8.0以降の「Nullable参照型 (Nullable Reference Types)」の登場！

  ここで歴史が変わったんだ！C# 8.0以降、プロジェクトファイル（.csproj）に<Nullable>enable</Nullable>という設定を追加すると、参照型のnull許容性に対する扱いが厳しくなったんだ。

  • この設定を有効にすると、stringのように?が付いていない参照型は、「nullを許容しない参照型 (Non-nullable Reference Type)」として扱われるようになる。つまり、nullを代入しようとすると警告が出るようになるんだ！

    C#

    #nullable enable // このファイルでNullable参照型を有効にする
    class MyClass
    {
        public string MyStringField; // 初期化しないと警告！'null' が入る可能性がある
        public string AnotherStringField = "Hello"; // OK、初期化済み
    
        public void DoSomething(string text) // textはnullを許容しないとみなされる
        {
            // textがnullでないことが保証される（警告が出ない）
            Console.WriteLine(text.Length);
        }
    
        public string? MyNullableStringField; // 明示的にnullを許容する
    }
    
    // 使うとき
    MyClass obj = new MyClass();
    // obj.MyStringField; // ここでアクセスすると、nullの可能性があるので警告
    string name = null;
    // obj.MyStringField = name; // ここで代入すると警告！'name'はnullになりうるのに、nullを許容しない型に代入しようとしている
    
    obj.MyNullableStringField = null; // OK、nullを許容する型だから
    

  • 明示的にnullを許容したい参照型には、string?のように**?を付ける**必要がある。これが「nullを許容する参照型 (Nullable Reference Type)」だよ。

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まとめると

君の疑問は、C# 8.0より前の参照型の振る舞い、またはC# 8.0以降でNullable参照型が有効になっていないプロジェクトの振る舞いを正確に捉えているよ！

• 値型（intなど）: ?を付けないと絶対にnullにはならない（デフォルト値は0など）。

• 参照型（stringなど）:

  • C# 8.0より前、またはNullable参照型が無効な場合: デフォルトでnullになりうる。「?を付けなくても実質的なnullable」というのはこの状況。

  • C# 8.0以降でNullable参照型が有効な場合: ?を付けないとnullを許容しないと見なされ、nullになりうる代入には警告が出る。明示的にnullを許容したい場合は?が必要になる。

このNullable参照型は、NullReferenceException（あの憎きNRE！）を減らすための非常に強力な機能なんだ。Javaには直接的な機能はないけど、Optionalクラスを使ったり、@Nullableアノテーションを使ったりして同様の課題に取り組んでいるよね。

素晴らしい質問だったよ！この深い理解は、より堅牢なコードを書く上で絶対に役に立つから、これからもその探求心を忘れずにね！