Почему локальные переменные требуют инициализации, а поля-нет?

ответы Юваля и Дэвида в основном верны; подводя итог:

• использование неназначенной локальной переменной является вероятной ошибкой, и это может быть обнаружено компилятором по низкой цене.
• использование неназначенного поля или элемента массива менее вероятно ошибка, и это труднее обнаружить условие в компиляторе. Поэтому компилятор не делает попыток обнаружить использование неинициализированной переменной для полей, а вместо этого полагается на инициализацию значение по умолчанию, чтобы сделать поведение программы детерминированным.

комментатор ответа Дэвида спрашивает, почему невозможно обнаружить использование неназначенного поля с помощью статического анализа; это тот момент, который я хочу расширить в этом ответе.

во-первых, для любой переменной, локальной или иной, практически невозможно определить ровно является ли переменная назначенные или неназначенные. Рассмотрим:

bool x;
if (M()) x = true;
Console.WriteLine(x);

вопрос - Икс назначен?"эквивалентно "возвращает ли M() true?"Теперь предположим, что М() возвращает true, если последняя теорема Ферма верна для всех целых чисел меньше, чем одиннадцать немеренно, и false в противном случае. Чтобы определить, является ли x определенно назначенным, компилятор должен по существу произвести доказательство последней теоремы Ферма. Компилятор не настолько умен.

так что компилятор делает вместо этого для locals реализует алгоритм, который быстро, и переоценивает когда локальный не назначен определенно. То есть, у него есть некоторые ложные срабатывания, где он говорит: "Я не могу доказать, что этот локальный назначен", хотя мы с вами знаем, что это так. Например:

bool x;
if (N() * 0 == 0) x = true;
Console.WriteLine(x);

предположим, что N() возвращает целое число. Мы с вами знаем, что N() * 0 будет 0, но компилятор этого не знает. (Примечание: компилятор C# 2.0 сделал знаю, но я удалил эту оптимизацию, так как спецификация не сказать что компилятор это знает.)

хорошо, так что мы знаем до сих пор? Для местных жителей непрактично получить точный ответ, но мы можем переоценить не назначенную стоимость и получить довольно хороший результат, который ошибается на стороне "заставить вас исправить вашу неясную программу". Это хорошо. Почему бы не сделать то же самое для поля? То есть сделать определенное задание контролеру, который переоценивает дешево?

Ну, сколько существует способов инициализации локального? Это может быть назначается в тексте метода. Он может быть назначен в лямбде в тексте метода; эта лямбда может никогда не вызываться, поэтому эти назначения не имеют отношения. Или он может быть передан как " out " другому методу, и в этот момент мы можем предположить, что он назначен, когда метод возвращается нормально. Это очень четкие точки, в которых назначается локальный, и они прямо там, в том же методе, что локальный объявлен. Определение определенного назначения для местных жителей требуется только локальный анализ. Методы, как правило, короткие-гораздо меньше миллиона строк кода в методе-и поэтому анализ всего метода довольно быстрый.

А как насчет полей? Поля могут быть инициализированы в конструкторе, конечно. Или инициализатор поля. Или конструктор может вызвать метод экземпляра, который инициализирует поля. Или конструктор может вызвать виртуальный метод, который инициализирует поля. Или конструктор может вызвать метод в другой класс, что может быть в библиотеке, который инициализирует поля. Статические поля могут быть инициализированы в статических конструкторах. Статические поля могут быть инициализированы с помощью другое статические конструкторы.

по существу инициализатор для поля может быть в любом месте во всей программе, в том числе внутри виртуальные методы, которые будут объявлены в библиотеках, которые не были написаны и все же:

// Library written by BarCorp
public abstract class Bar
{
    // Derived class is responsible for initializing x.
    protected int x;
    protected abstract void InitializeX(); 
    public void M() 
    { 
       InitializeX();
       Console.WriteLine(x); 
    }
}

это ошибка для компиляции этой библиотеки? Если да, то как BarCorp должен исправить ошибку? Присвоив значение по умолчанию x? Но это то, что компилятор уже делает.

предположим, что эта библиотека является законным. Если FooCorp пишет

public class Foo : Bar
{
    protected override void InitializeX() { } 
}

и это ошибка? как компилятор должен это выяснить? единственный способ это сделать анализ всей программы, который отслеживает статическая инициализация поле on все возможные пути, посредством программы, включая пути, которые включают выбор виртуальных методов во время выполнения. Эта проблема может быть произвольно сложно; это может включать в себя имитацию выполнения миллионов путей управления. Анализ локальных потоков управления занимает микросекунды и зависит от размера метода. Анализ глобальных потоков управления может занять несколько часов, поскольку она зависит от сложности каждый метод в программе и все библиотеки.

так почему бы не сделать более дешевый анализ, который не должен анализировать всю программу, а просто переоценивает еще более серьезно? Ну, предложите алгоритм, который работает, что не делает его слишком трудно написать правильную программу, которая на самом деле компилируется, и команда разработчиков может рассмотреть его. Я не знаю такого алгоритма.

теперь комментатор предлагает " требовать, чтобы конструктор инициализировал все полы." Это неплохая идея. На самом деле, это такая неплохая идея, что в C# уже имеет эту функцию для структур. Конструктор структуры требуется определенно-назначить все поля к тому времени, когда ctor возвращается нормально; конструктор по умолчанию инициализирует все поля к их значениям по умолчанию.

что насчет классов? Ну,откуда вы знаете, что конструктор инициализировал поле? Конструктор можно назвать виртуальный метод to инициализируйте поля, и теперь мы снова в том же положении, в котором были раньше. Структуры не имеют производных классов;классы могут. - Это библиотека, содержащая абстрактный класс должен содержать конструктор, который инициализирует все поля? Как абстрактный класс знает, какие значения полей должны быть инициализированы?

Джон предлагает просто запретить вызов методов в ctor до инициализации полей. Итак, подводя итоги, наши варианты являются:

• сделать общие, безопасные, часто используемые программные идиомы незаконными.
• сделайте дорогостоящий анализ всей программы, который заставляет компиляцию занимать часы, чтобы искать ошибки, которых, вероятно, нет.
• полагайтесь на автоматическую инициализацию значений по умолчанию.

проектная группа выбрала третий вариант.