Ошибка null reference exception

Причина

Вкратце

Вы пытаетесь воспользоваться чем-то, что равно null (или Nothing в VB.NET). Это означает, что либо вы присвоили это значение, либо вы ничего не присваивали.

Как и любое другое значение, null может передаваться от объекта к объекту, от метода к методу. Если нечто равно null в методе «А», вполне может быть, что метод «В» передал это значение в метод «А».

Остальная часть статьи описывает происходящее в деталях и перечисляет распространённые ошибки, которые могут привести к исключению NullReferenceException.

Более подробно

Если среда выполнения выбрасывает исключение NullReferenceException, то это всегда означает одно: вы пытаетесь воспользоваться ссылкой. И эта ссылка не инициализирована (или была инициализирована, но уже не инициализирована).

Это означает, что ссылка равна null, а вы не сможете вызвать методы через ссылку, равную null. В простейшем случае:

string foo = null;
foo.ToUpper();

Этот код выбросит исключение NullReferenceException на второй строке, потому что вы не можете вызвать метод ToUpper() у ссылки на string, равной null.

Отладка

Как определить источник ошибки? Кроме изучения, собственно, исключения, которое будет выброшено именно там, где оно произошло, вы можете воспользоваться общими рекомендациями по отладке в Visual Studio: поставьте точки останова в ключевых точках, изучите значения переменных, либо расположив курсор мыши над переменной, либо открыв панели для отладки: Watch, Locals, Autos.

Если вы хотите определить место, где значение ссылки устанавливается или не устанавливается, нажмите правой кнопкой на её имени и выберите «Find All References». Затем вы можете поставить точки останова на каждой найденной строке и запустить приложение в режиме отладки. Каждый раз, когда отладчик остановится на точке останова, вы можете удостовериться, что значение верное.

Следя за ходом выполнения программы, вы придёте к месту, где значение ссылки не должно быть null, и определите, почему не присвоено верное значение.

Примеры

Несколько общих примеров, в которых возникает исключение.

Цепочка

ref1.ref2.ref3.member

Если ref1, ref2 или ref3 равно null, вы получите NullReferenceException. Для решения проблемы и определения, что именно равно null, вы можете переписать выражение более простым способом:

var r1 = ref1;
var r2 = r1.ref2;
var r3 = r2.ref3;
r3.member

Например, в цепочке HttpContext.Current.User.Identity.Name, значение может отсутствовать и у HttpContext.Current, и у User, и у Identity.

Неявно

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; // Свойство Author не было инициализировано
                                       // нет Person, у которого можно вычислить Age.
    }
}

То же верно для вложенных инициализаторов:

Book b1 = new Book { Author = { Age = 45 } };

Несмотря на использование ключевого слова new, создаётся только экземпляр класса Book, но экземпляр Person не создаётся, поэтому свойство Author остаётся null.

Массив

int[] numbers = null;
int n = numbers[0]; // numbers = null. Нет массива, чтобы получить элемент по индексу

Элементы массива

Person[] people = new Person[5];
people[0].Age = 20; // people[0] = null. Массив создаётся, но не
                    // инициализируется. Нет Person, у которого можно задать Age.

Массив массивов

long[][] array = new long[1][];
array[0][0] = 3; // = null, потому что инициализировано только первое измерение.
                 // Сначала выполните array[0] = new long[2].

Collection/List/Dictionary

Dictionary<string, int> agesForNames = null;
int age = agesForNames["Bob"]; // agesForNames = null.
                               // Экземпляр словаря не создан.

LINQ

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(); // Исключение бросается здесь, хотя создаётся
                                  // строкой выше. p = null, потому что
                                  // первый добавленный элемент = null.

События

public class Demo
{
    public event EventHandler StateChanged;

    protected virtual void OnStateChanged(EventArgs e)
    {        
        StateChanged(this, e); // Здесь бросится исключение, если на
                               // событие StateChanged никто не подписался
    }
}

Неудачное именование переменных

Если бы в коде ниже у локальных переменных и полей были разные имена, вы бы обнаружили, что поле не было инициализировано:

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);
    }
}

Можно избежать проблемы, если использовать префикс для полей:

private Customer _customer;

Цикл жизни страницы ASP.NET

public partial class Issues_Edit : System.Web.UI.Page
{
    protected TestIssue myIssue;

    protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
    {
        if (!IsPostBack)
        {
            // Выполняется только на первой загрузке, но не когда нажата кнопка
            myIssue = new TestIssue(); 
        }
    }
    
    protected void SaveButton_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        myIssue.Entry = "NullReferenceException здесь!";
    }
}

Сессии ASP.NET

// Если сессионная переменная "FirstName" ещё не была задана,
// то эта строка бросит NullReferenceException.
string firstName = Session["FirstName"].ToString();

Пустые вью-модели ASP.NET MVC

Если вы возвращаете пустую модель (или свойство модели) в контроллере, то вью бросит исключение при попытке доступа к ней:

// Controller
public class Restaurant:Controller
{
    public ActionResult Search()
    {
         return View();  // Модель не задана.
    }
}

// Razor view 
@foreach (var restaurantSearch in Model.RestaurantSearch)  // Исключение.
{
}

---

Способы избежать

Явно проверять на null, пропускать код

Если вы ожидаете, что ссылка в некоторых случаях будет равна null, вы можете явно проверить на это значение перед доступом к членам экземпляра:

void PrintName(Person p) {
    if (p != null) {
        Console.WriteLine(p.Name);
    }
}

Явно проверять на null, использовать значение по умолчанию

Методы могут возвращать null, например, если не найден требуемый экземпляр. В этом случае вы можете вернуть значение по умолчанию:

string GetCategory(Book b) {
    if (b == null)
        return "Unknown";
    return b.Category;
}

Явно проверять на null, выбрасывать своё исключение

Вы также можете бросать своё исключение, чтобы позже его поймать:

string GetCategory(string bookTitle) {
    var book = library.FindBook(bookTitle);  // Может вернуть null
    if (book == null)
        throw new BookNotFoundException(bookTitle);  // Ваше исключение
    return book.Category;
}

Использовать Debug.Assert для проверки на null для обнаружения ошибки до бросания исключения

Если во время разработки вы знаете, что метод может, но вообще-то не должен возвращать null, вы можете воспользоваться Debug.Assert для быстрого обнаружения ошибки:

string GetTitle(int knownBookID) {
    // Вы знаете, что метод не должен возвращать null
    var book = library.GetBook(knownBookID);  

    // Исключение будет выброшено сейчас, а не в конце метода.
    Debug.Assert(book != null, "Library didn't return a book for known book ID.");

    // Остальной код...

    return book.Title; // Не выбросит NullReferenceException в режиме отладки.
}

Однако эта проверка не будет работать в релизной сборке, и вы снова получите NullReferenceException, если book == null.

Использовать GetValueOrDefault() для Nullable типов

DateTime? appointment = null;
Console.WriteLine(appointment.GetValueOrDefault(DateTime.Now));
// Отобразит значение по умолчанию, потому что appointment = null.

appointment = new DateTime(2022, 10, 20);
Console.WriteLine(appointment.GetValueOrDefault(DateTime.Now));
// Отобразит дату, а не значение по умолчанию.

Использовать оператор ?? (C#) или If() (VB)

Краткая запись для задания значения по умолчанию:

IService CreateService(ILogger log, Int32? frobPowerLevel)
{
    var serviceImpl = new MyService(log ?? NullLog.Instance);
    serviceImpl.FrobPowerLevel = frobPowerLevel ?? 5;
}

Использовать операторы ?. и ?[ (C# 6+, VB.NET 14+):

Это оператор безопасного доступа к членам, также известный как оператор Элвиса за специфическую форму. Если выражение слева от оператора равно null, то правая часть игнорируется, и результатом считается null. Например:

var title = person.Title.ToUpper();

Если свойство Title равно null, то будет брошено исключение, потому что это попытка вызвать метод ToUpper на значении, равном null. В C# 5 и ниже можно добавить проверку:

var title = person.Title == null ? null : person.Title.ToUpper();

Теперь вместо бросания исключения переменной title будет присвоено null. В C# 6 был добавлен более короткий синтаксис:

var title = person.Title?.ToUpper();

Разумеется, если переменная person может быть равна null, то надо проверять и её. Также можно использовать операторы ?. и ?? вместе, чтобы предоставить значение по умолчанию:

// обычная проверка на null
int titleLength = 0;
if (title != null)
    titleLength = title.Length;

// совмещаем операторы `?.` и `??`
int titleLength = title?.Length ?? 0;

Если любой член в цепочке может быть null, то можно полностью обезопасить себя (хотя, конечно, архитектуру стоит поставить под сомнение):

int firstCustomerOrderCount = customers?[0]?.Orders?.Count() ?? 0;

• Из-за чего возникает исключение NullReferenceException?
  • Теория
  • Как в переменную может попасть null-значение
  • Операции с null-значением, приводящие к исключению
• Как исправить исключение NullReferenceException
• Как предотвратить исключения NullReferenceException
  • Используйте nullable-контекст
  • Используйте статический анализ

NullReferenceException (NRE) — тип исключения платформы .NET, возникающий при попытке обращения по нулевой ссылке. В заметке рассмотрим причины, из-за которых возникают исключения этого типа, а также способы их предотвращения и исправления.

Примечание. Эта заметка рассчитана на начинающих программистов. Разработчикам с опытом предлагаю 2 активности:

• посмотреть перечисленные здесь способы столкнуться с NullReferenceException и проверить, все ли из них вы знаете;
• сыграть в игру на поиск ошибок.

Из-за чего возникает исключение NullReferenceException?

Теория

Переменные ссылочных типов в C# хранят ссылки на объекты. Чтобы обозначить, что ссылка не указывает на объект, используют значение null. Стоит также отметить, что null — значение выражений ссылочных типов по умолчанию.

Исключение типа NullReferenceException возникает при попытке обращения по нулевой ссылке. Операции, при которых может возникнуть исключение, мы перечислим ниже.

Рассмотрим пример:

Object notNullRef = new Object();
Object nullRef = default;

int hash;
hash = notNullRef.GetHashCode();
hash = nullRef.GetHashCode(); // NullReferenceException (NRE)

В коде объявляются две переменные ссылочного типа Object — notNullRef и nullRef:

• notNullRef хранит ссылку на объект, созданный в результате вызова конструктора типа Object;
• nullRef содержит default-значение типа Object — null.

Вызов метода GetHashCode через ссылку в notNullRef отработает нормально, так как ссылка указывает на объект. При попытке вызова того же метода для nullRef средой CLR будет выброшено исключение типа NullReferenceException.

Ниже мы рассмотрим, откуда могут прийти null-значения и какие операции могут привести к исключению NullReferenceException.

Как в переменную может попасть null-значение

Рассмотрим примеры того, как в переменную может попасть значение null.

1. Явная запись значения null или default.

String name = null;
var len = name.Length; // NRE

Результатом выражения default и default(T) для ссылочных типов также будет null.

Object obj = default; // or default(Object)
var hash = obj.GetHashCode(); // NRE

2. Инициализация поля ссылочного типа по умолчанию.

class A 
{
  private String _name;
  public void Foo()
  {
    var len = _name.Length; // NRE
  }
}

var obj = new A();
obj.Foo();

В этом примере поле _name инициализируется значением по умолчанию. На момент вызова Foo поле _name равно null, поэтому при обращении к свойству Length будет выброшено исключение.

3. Результат работы null-conditional оператора (?.).

String name = user?.Name;
var len = name.Length; // Potential NRE

Если значение user или user.Name будет равно null, в переменную name также будет записано значение null. В таком случае при обращении к свойству Length без проверки на null возникнет исключение.

4. Результат приведения с использованием оператора as.

Object obj = new Object();
String name = obj as String; // unsuccessful cast, name is null
var len = name.Length; // NRE

Результатом преобразования с помощью оператора as будет значение null, если преобразование выполнить не удалось.

В примере выше переменная obj хранит ссылку на экземпляр типа Object. Попытка приведения obj к типу String закончится неудачей, в результате чего в name будет записано значение null.

5. Результат работы *OrDefault метода.

Методы вида *OrDefault (FirstOrDefault, LastOrDefault и т. п.) из стандартной библиотеки возвращают значение по умолчанию, если значение предиката не подходит ни для одного элемента или коллекция пустая.

String[] strArr = ....;
String firstStr = strArr.FirstOrDefault();
var len = firstStr.Length; // Potential NRE

Если в массиве strArr нет элементов, метод FirstOrDefault вернёт значение default(String) — null. При разыменовании нулевой ссылки возникнет исключение.

6. Упаковка default значения типа Nullable<T>.

Результатом упаковки экземпляров Nullable<T> с default-значением будет null.

long? nullableLong1 = default;
long? nullableLong2 = null;

Nullable<long> nullableLong3 = default;
Nullable<long> nullableLong4 = null;
Nullable<long> nullableLong5 = new Nullable<long>();


var nullableToBox = ....; // nullableLong1 — nullableLong5

object boxedValue = (Object)nullableToBox; // null
_ = boxedValue.GetHashCode(); // NRE

При записи в переменную nullableToBox любого из значений nullableLong1 – nullableLong5 и последующей упаковки результатом будет null. При использовании такого значения без проверки на null будет выброшено исключение.

Подробности упаковки значений типа Nullable<T> описаны в статье «Хорошо ли вы помните nullable value types?».

Операции с null-значением, приводящие к исключению

В этом разделе перечислены операции, выполнение которых с null-значением приведёт к исключению NullReferenceException.

1. Явное обращение к члену объекта.

class A
{
  public String _name;
  public String Name => _name;
  public String GetName() { return _name; }
}

A aObj = null;
_ = aObj._name; // NRE
_ = aObj.Name; // NRE
_ = aObj.GetName(); // NRE

То же самое — при разыменовании внутри метода:

void Foo(A obj)
{
  _ = obj.Name; 
}

A aObj = null;
Foo(aObj); // NRE inside method

2. Обращение по индексу.

int[] arr = null;
int val = arr[0]; // NRE

3. Вызов делегата.

Action fooAct = null;
fooAct(); // NRE

4. Итерирование в foreach.

List<long> list = null;
foreach (var item in list) // NRE
{ .... }

Обратите внимание, что оператор ‘?.’ здесь не поможет:

foreach (var item in wrapper?.List) // Potential NRE
{ .... }

Если wrapper или wrapper.List равны null, всё так же будет выброшено исключение. Подробнее ситуацию разобрали в статье «Использование оператора ?. в foreach: защита от NullReferenceException, которая не работает».

5. Использование null-значения в качестве операнда для await.

Task GetPotentialNull()
{
  return _condition ? .... : null;
}
await GetPotentialNull(); // Potential NRE

6. Распаковка null-значения.

object obj = null;
int intVal = (int)obj; // NRE

7. Выброс исключения с null-значением.

InvalidOperationException invalidOpException 
  = flag ? new InvalidOperationException() 
         : null;

throw invalidOpException; // Potential NRE

В переменную invalidOpException может быть записано значение null. В этом случае оператор throw выбросит исключение типа NullReferenceException.

8. Разыменование значения свойства Target у экземпляра типа WeakReference.

void ProcessIfNecessary(WeakReference weakRef)
{
  if (weakRef.IsAlive)
    (weakRef.Target as DataProcessor).Process(); // Potential NRE
}

Ссылка в WeakReference указывает на объект, при этом не защищая его от сборки мусора. Если объект попадёт под сборку мусора после проверки weakRef.IsAlive, но до вызова метода Process, то:

• значением weakRef.Target будет null;
• результатом оператора as также будет null;
• при попытке вызова метода Process будет выброшено исключение NullReferenceException.

9. Использование значения поля ссылочного типа до явной инициализации.

class A
{
  private String _name;
  public A()
  {
    var len = _name.Length; // NRE
  }
}

На момент обращения к свойству Length поле _name проинициализировано значением по умолчанию (null). Результат обращения — исключение.

10. Небезопасный вызов обработчиков события в многопоточном коде.

public event EventHandler MyEvent;

void OnMyEvent(EventArgs e)
{
  if (MyEvent != null)
    MyEvent(this, e); // Potential NRE
}

Если между проверкой MyEvent != null и вызовом обработчиков события MyEvent у него не останется подписчиков, при вызове будет выброшено исключение типа NullRefernceException.

Как исправить исключение NullReferenceException

Чтобы избежать исключений типа NullReferenceException, исключите ситуацию разыменования нулевых ссылок. Для этого:

• определите, откуда в выражение попадает нулевая ссылка;
• измените логику работы приложения, чтобы доступа по нулевой ссылке не происходило.

Рассмотрим пример:

foreach (var item in potentialNullCollection?.Where(....))
{ .... }

Если значением potentialNullCollection будет null, оператор ‘?.’ также вернёт значение null. При попытке обхода коллекции в цикле foreach возникнет исключение.

Если potentialNullCollection в данном фрагменте кода никогда не равен null, стоит убрать оператор ‘?.’, чтобы не запутать разработчиков и инструменты анализа кода:

foreach (var item in potentialNullCollection.Where(....))
{ .... }

Если potentialNullCollection может принимать значение null, стоит добавить явную проверку или использовать оператор ‘??’.

// 1
if (potentialNullCollection != null)
{
  foreach (var item in potentialNullCollection.Where(....))
  { .... }
}

// 2
foreach (var item in    potentialNullCollection?.Where(....) 
                     ?? Enumerable.Empty<T>)
{ .... }

Примечание. Добавить проверку на неравенство null — самый простой способ защититься от NullReferenceException. Однако иногда такая правка будет не решать исходную проблему, а только маскировать её. Поэтому при исправлении кода полезно думать о том, достаточно ли будет добавить проверку или нужно исправить в коде что-то ещё.

Как предотвратить исключения NullReferenceException

Кроме достаточно очевидного совета «не разыменовывать нулевые ссылки» есть несколько практик, которые помогут избежать возникновения исключений NRE.

Используйте nullable-контекст

Без использования nullable-контекста значение null считается допустимым для ссылочных типов:

String str = null; // No warnings

Начиная с C# 8, в языке появилась возможность использовать nullable-контекст. Он вводит понятие nullable reference types. В nullable-контексте ссылочные типы считаются не допускающими значения null. Например, при использовании nullable-контекста на код, который мы только что рассмотрели, компилятор выдаст предупреждение:

String str = null; // CS8600

Предупреждение: CS8600 Converting null literal or possible null value to non-nullable type.

Аналогичная ситуация при вызове методов:

void ProcessUserName(String userName)
{
  var len = userName.Length;
  ....
}
....
ProcessUserName(null); // CS8625

Предупреждение компилятора: CS8625 Cannot convert null literal to non-nullable reference type.

Чтобы указать компилятору, что переменная ссылочного типа может принимать значение null, используется символ ‘?’:

String firstName = null; // CS8600
String? lastName = null; // No warning

При попытке разыменовать nullable-переменную без проверки на null компилятор также выдаст предупреждение:

void ProcessUserName(String? userName)
{
  var len = userName.Length; // CS8602
}

Предупреждение компилятора: CS8602 — Dereference of a possibly null reference.

Если нужно указать компилятору, что в конкретном месте кода выражение точно не имеет значения null, можно использовать null-forgiving оператор — ‘!’. Пример:

void ProcessUserName(String? userName)
{
  int len = default;
  if (_flag)
    len = userName.Length; // CS8602
  else
    len = userName!.Length; // No warnings
}

Таким образом, nullable-контекст помогает писать код так, чтобы минимизировать возможность разыменования нулевых ссылок.

Включить nullable-контекст можно несколькими способами:

• изменить соответствующую опцию в настройках проекта («Nullable» в Visual Studio или «Nullable reference types» в JetBrains Rider);
• самостоятельно прописать настройку в проектном файле (.csproj): <Nullable>enable</Nullable>;
• с помощью директив #nullable enable / #nullable disable в коде.

У nullable-контекста куда больше возможностей для настройки. Подробнее о них мы писали в отдельной статье.

Примечание. Обратите внимание, что nullable-context влияет на выдачу предупреждений компилятором, но не на логику исполнения приложения.

String? str = null;
var len = str!.Length;

Компилятор не выдаст предупреждения на этот код, так как в нём используется null-forgiving оператор. Однако на этапе исполнения в коде возникнет исключение типа NullReferenceException.

Используйте статический анализ

Статические анализаторы помогают находить дефекты безопасности и ошибки в коде. В том числе анализаторы помогают находить места возникновения исключений типа NullReferenceException.

Пример такого статического анализатора — PVS-Studio.

Рассмотрим пример C# кода, в котором может возникнуть NullReferenceException.

private ImmutableArray<char>
GetExcludedCommitCharacters(ImmutableArray<CompletionItem> items)
{
  var hashSet = new HashSet<char>();
  foreach (var item in items)
  {
    foreach (var rule in item.Rules?.FilterCharacterRules)
    {
      if (rule.Kind == CharacterSetModificationKind.Add)
      {
        foreach (var c in rule.Characters)
        {
          hashSet.Add(c);
        }
      }
    }
  }

  return hashSet.ToImmutableArray();
}

Во втором цикле foreach разработчики выполняют обход коллекции FilterCharacterRules, для получения которой используют выражение roslynItem.Rules?.FilterCharacterRules. Оператор ‘?.’ предполагает, что свойство Rules может иметь значение null. Однако если результатом выражения будет null, при попытке перебора null-значения в foreach всё равно возникнет NullReferenceException.

PVS-Studio находит эту проблему и выдаёт предупреждение V3153.

Если items.Rules действительно может иметь значение null, защититься от NullReferenceException можно дополнительной проверкой:

foreach (var item in items)
{
  if (item.Rules == null)
    continue;

  foreach (var rule in item.Rules.FilterCharacterRules)
  {
    ....
  }
}

Анализатор не будет выдавать предупреждение на такой код.

PVS-Studio ищет и другие ситуации в коде, при которых может возникнуть исключение NullReferenceException:

• V3080. Possible null dereference.
• V3083. Unsafe invocation of event, NullReferenceException is possible.
• V3095. The object was used before it was verified against null.
• и т. д.

Debugging System.NullReferenceException — Object reference not set to an instance of an object

TOC

Time for another post in the series Debugging common .NET exceptions. Today’s exception is, without a doubt, the error most people have experienced: System.NullReferenceException. The exception happens when you try to invoke a reference that you were expecting to point to an object but in fact, points to null. Let’s get started!

Handling the error

There are some clever ways to avoid a NullReferenceException, but before we start looking into those, let us see how the exception can be caught. Being a plain old C# exception, NullReferenceException can be caught using a try/catch:

try
{
    string s = null;
    s.ToString();
}
catch (NullReferenceException e)
{
    // Do something with e, please.
}

Running the code above will produce the following error:

System.NullReferenceException: Object reference not set to an instance of an object.

Debugging the error

We already know why the exception is happening. Something is null. When looking at the code above, it’s clear that s is null and the stack trace even tells us that:

Sometimes spotting what is null can be hard. Take a look at the following example:

var street = service.GetUser().Address.Street;

If the code above throws a NullReferenceException, what is null? service? The result of GetUser()? Address? At first glance, Visual Studio isn’t exactly helpful either:

There is a range of different ways to find out what is going on. Let’s look at the most commonly used ones.

Splitting chained method-calls to multiple lines

Spotting which call that caused an error is a lot easier if the calls are split into multiple lines:

var service = new Service();
var user = service.GetUser();
var address = user.Address;
var street = address.Street;

Running the code reveals the actual call causing the exception:

In the example above user.Address returns null, why address.Street causes the NullReferenceException.

While splitting code into atoms like this can help debug what is going wrong, it’s not preferable in terms of readability (IMO).

Using Null Reference Analysis in Visual Studio

If you are on Visual Studio 2017 or newer (if not, now is the time to upgrade), you will have the Null Reference Analysis feature available. With this in place, Visual Studio can show you exactly what is null. Let’s change the example back to method-chaining:

var street = service.GetUser().Address.Street;

To enable the analysis go to Debug | Windows | Exception Settings. Check Common Language Runtime Exceptions (if not already checked) or extend the node and check the exceptions you are interested in. In this case, you can check System.NullReferenceException. When running the code, the debugger breaks on the NullReferenceException and you now see the Exception Thrown window:

Voila! The window says «ConsoleApp18.User.Address.get returned null». Exactly what we wanted to see. This will require you to run the code locally, though. If you are experiencing the exception on your production website, the Null Reference Analysis will not be available, since this is a feature belonging to Visual Studio (unfortunately). With that said, you can attach a debugger to a remote site running on Azure as explained here: Introduction to Remote Debugging on Azure Web Sites.

Fixing the error

There are various ways to fix NullReferenceException. We’ll start with the simple (but dirty) approach.

Using null checks

If null is an allowed value of an object, you will need to check for it. The most simple solution is to include a bunch of if-statements.

if (service != null)
{
    var user = service.GetUser();
    if (user != null)
    {
        var address = user.Address;
        if (address != null)
        {
            var street = address.Street;
        }
    }
}

The previous code will only reach address.Street if everything else is not null. We can probably agree that the code isn’t exactly pretty. Having multiple nested steps is harder to read. We can reverse the if-statements:

if (service == null) return;
var user = service.GetUser();
if (user == null) return;
var address = user.Address;
if (address == null) return;
var street = address.Street;

Simpler, but still a lot of code to get a street name.

Using null-conditional operator

C# 6 introduced a piece of syntactic sugar to check for null: null-conditional operator. Let’s change the method-chain example from before to use the «new» operator:

var user = service?.GetUser()?.Address?.Street;

The ? to the right of each variable, corresponds the nested if-statements from previously. But with much less code.

Use Debug.Assert during development

When getting a NullReferenceException it can be hard to spot the intent with the code from the original developer. Rather than including if-statements, it can be clearer for future authors of your code to use the Debug.Assert-method. Much like in a xUnit or NUnit test, you use Assert to verify the desired state on your objects. In the example from above, the service object could have come through a parameter or a constructor injected dependency:

class MyClass
{
    Service service;
    
    public MyClass(Service service)
    {
        this.service = service;
    }
    
    public string UserStreet()
    {
        return service.GetUser().Address.Street;
    }
}

To make a statement in your code that service should never be allowed to have the value of null, extend the constructor:

public MyClass(Service service)
{
    Debug.Assert(service != null);
    this.service = service;
}

In the case MyClass is constructed with null, the following error is shown when running locally:

Use nullable reference types in C# 8.0

When designing code you often end up expecting parameters to be not null but end up checking for null to avoid a NullReferenceException. As you already know, all reference types in C# can take the value of null. Value types like int and boolean cannot take a value of null unless explicitely specified using the nullable value type (int? or Nullable<int>). Maybe it should have been the other way around with reference types all along?

C# 8 can fix this with nullable reference types (maybe NOT nullable reference types is a better name). Since this is a breaking change, it is launched as an opt-in feature. Nullable reference types are a great way to avoid NullReferenceExceptions, since you are very explicit about where you expect null and where not.

To enable not nullable reference types, create a new .NET Core 3 project and add the following to the csproj file:

<LangVersion>8.0</LangVersion>
<Nullable>enable</Nullable>

You should be on C# 8 already, but to make it explicit, I’ve added the LangVersion element. The Nullable element enables nullable reference types. Out of the box, C# 8 creates a warning if it identifies the use of null where a value is expected. Let’s see how that looks:

class Program
{
    static void Main()
    {
        new Program().SayHello(null);
    }

    public void SayHello(string msg)
    {
        Console.WriteLine(msg);
    }
}

When compiling we see the following warning:

Program.cs(9,36): warning CS8625: Cannot convert null literal to non-nullable reference type. [C:projectscore3core3.csproj]

I know you are not one of them, but some people developed a warning-resistance which means that warnings are simply ignored. To overcome this, make sure that errors like this causes build errors over warnings by adding the following to csproj:

<WarningsAsErrors>CS8602,CS8603,CS8618,CS8625</WarningsAsErrors>

This will tell the C# compiler to treat these four nullable reference type warnings as errors instead.

Just to make it clear, allowing null in the msg parameter, you use the ? characters as with value types:

public void SayHello(string? msg)
{
    ...
}

Logging and monitoring

Logging and monitoring for null reference exceptions are a must. While some developers tempt to create control flow from exceptions (no-one should), null reference exceptions should never happen. This means that a System.NullReferenceException is a type of exception that should always be logged and fixed. A null check through either an if statement or the null-conditional operator is always the preferred way of handling potential null values. But make sure to implement a logging strategy that logs all uncaught exceptions, including the System.NullReferenceException.

When logging a System.NullReferenceException in a log file, database, elmah.io, or similar, it can be hard to spot what is null. You typically only see the method-name that causes the NullReferenceException and the Null Reference Analysis feature is only available while debugging inside Visual Studio. I will recommend you to always Include filename and line number in stack traces. This will pinpoint the exact line where the error happens.

See how we can help you monitor your website for crashes
Monitor your website

A NullReferenceException happens when you try to access a reference variable that isn’t referencing any object. If a reference variable isn’t referencing an object, then it’ll be treated as null. The run-time will tell you that you are trying to access an object, when the variable is null by issuing a NullReferenceException.

Reference variables in c# and JavaScript are similar in concept to pointers in C and C++. Reference types default to null to indicate that they are not referencing any object. Hence, if you try and access the object that is being referenced and there isn’t one, you will get a NullReferenceException.

When you get a NullReferenceException in your code it means that you have forgotten to set a variable before using it. The error message will look something like:

NullReferenceException: Object reference not set to an instance of an object
  at Example.Start () [0x0000b] in /Unity/projects/nre/Assets/Example.cs:10 

This error message says that a NullReferenceException happened on line 10 of the script file Example.cs. Also, the message says that the exception happened inside the Start() function. This makes the Null Reference Exception easy to find and fix. In this example, the code is:

//c# example
using UnityEngine;
using System.Collections;

public class Example : MonoBehaviour {

    // Use this for initialization
    void Start () {
        __GameObject__The fundamental object in Unity scenes, which can represent characters, props, scenery, cameras, waypoints, and more. A GameObject's functionality is defined by the Components attached to it. [More info](class-GameObject.html)<span class="tooltipGlossaryLink">See in [Glossary](Glossary.html#GameObject)</span> go = GameObject.Find("wibble");
        Debug.Log(go.name);
    }

}

The code simply looks for a game object called “wibble”. In this example there is no game object with that name, so the Find() function returns null. On the next line (line 9) we use the go variable and try and print out the name of the game object it references. Because we are accessing a game object that doesn’t exist the run-time gives us a NullReferenceException

Null Checks

Although it can be frustrating when this happens it just means the script needs to be more careful. The solution in this simple example is to change the code like this:

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class Example : MonoBehaviour {

    void Start () {
        GameObject go = GameObject.Find("wibble");
        if (go) {
            Debug.Log(go.name);
        } else {
            Debug.Log("No game object called wibble found");
        }
    }

}

Now, before we try and do anything with the go variable, we check to see that it is not null. If it is null, then we display a message.

Try/Catch Blocks

Another cause for NullReferenceException is to use a variable that should be initialised in the InspectorA Unity window that displays information about the currently selected GameObject, asset or project settings, allowing you to inspect and edit the values. More info
See in Glossary. If you forget to do this, then the variable will be null. A different way to deal with NullReferenceException is to use try/catch block. For example, this code:

using UnityEngine;
using System;
using System.Collections;

public class Example2 : MonoBehaviour {

    public Light myLight; // set in the inspector

    void Start () {
        try {
            myLight.color = Color.yellow;
        }       
        catch (NullReferenceException ex) {
            Debug.Log("myLight was not set in the inspector");
        }
    }

}

In this code example, the variable called myLight is a Light which should be set in the Inspector window. If this variable is not set, then it will default to null. Attempting to change the color of the light in the try block causes a NullReferenceException which is picked up by the catch block. The catch block displays a message which might be more helpful to artists and game designers, and reminds them to set the light in the inspector.

Summary

• NullReferenceException happens when your script code tries to use a variable which isn’t set (referencing) and object.
• The error message that appears tells you a great deal about where in the code the problem happens.
• NullReferenceException can be avoided by writing code that checks for null before accessing an object, or uses try/catch blocks.