c#装箱与拆箱

Posted 2020-06-24 骑着单车滑翔

　　从内存执行的角度来看，值类型的内存分配在线程的堆栈上，而引用类型的内存分配在托管堆上。因此从值类型向引用类型的转换，势必牵涉到数据的拷贝与指针引用等操作。

　　装箱操作，大致过程为：在托管堆中分配新对象的内存，将值类型的字段拷贝到该内存中，然后返回该对象的地址，这样就完成了从值类型到引用类型的转变；拆箱操作，则是获取已装箱对象中来自值类型部分字段的地址。装箱与拆箱并非完全对称的互逆操作，拆箱并不包含字段的拷贝。

　　概念雷区：

1. 装箱与拆箱不是完全对等的互逆操作。从内存的角度上看，拆箱的性能开销远小于装箱，只是在实际的执行中，拆箱之后常伴随着字段的拷贝，以c#为例，编译器总是自动产生拆箱之后的字段拷贝。
2. 只有被装箱过的对象才能被拆箱，非所有的引用类型。将非装箱而来的引用类型强制转换为值类型，会抛出InvalidCastException异常。

分拆

　　值类型，提供了轻量型的数据结构，具有较少的内存开销，对系统性能有明显的作用。而缺点是：缺省方法表指针，因为无法在期望System.Object或其继承类的方法上调用值类型。

　　装箱过程解析

1. 内存分配：在托管堆中分配内存空间，内存大小为欲装箱值类型的大小加上其他额外的内存空间，主要包括方法表指针与SyncBlockIndex，此两个成员用于CLR管理引用类型对象。
2. 实例拷贝：将值类型的字段拷贝到新分配的内存中去
3. 地址返回

　　拆箱过程解析

1. 实例检查：首先检查是否是null，若是抛出NullReferenceException；若非，检查对象实例，确保是给定值类型的装箱值，并且保证拆箱后的类型为原来的同一类型，否则会抛出InvalidCastException
2. 指针返回：返回已经装箱对象中属于原值类型部分字段的地址。而附加成员：方法表指针与SyncBlockIndex对该指针是不可见的。
3. 字段拷贝：将托管堆中实例的字段拷贝到线程的堆栈中。

性能

1. 在实际的项目中留意发生隐式装箱的可能，并提供相应的多个重载方法来避免装箱的发生。
2. 装箱与拆箱经常是以隐式发生的，在系统中显式的实现装箱操作，是提高性能的较好选择
3. 泛型能有效减少了装箱与拆箱的发生，大大提高了系统的性能与稳定。

应用

1. ArrayList与Array
2. Hashtable
3. 枚举
   枚举类型为典型的.Net值类型，可以被装箱为System.Object，System.ValueType和System.Enum，以及System.Enum实现的三个接口类型System.IComparable，System.IConvertible，System.IFormattable
4. 关注不经意的隐式转换

    1 public static void Main()
    2 {
    3     int i = 100;
    4     //装箱
    5     i.GetType();
    6     //未装箱
    7     i.ToString();
    8     //显式装箱
    9     object o = i;
   10     Hashtable ht = new Hashtable();
   11     ht.Add("One", o);
   12     ht.Add("Two", o);
   13 }

   GetType方法由System.Object类型提供，因此值类型调用时必须执行装箱操作；而ToString方法则由int类型覆盖，因此不会装箱。Hashtable的Add方法接受System.Object类型的参数，因此通过显式的类型转换来减少隐式的装箱操作。