關(guān)于C#裝箱與拆箱的理解

1、關(guān)于C#裝箱與拆箱的理解NET重要技術(shù)和基礎(chǔ)之一的CTS(Common Type System。顧名思義，CTS就是為了實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用程序聲明和使用這些類型時(shí)必須遵循的規(guī)則而存在的通用類型系統(tǒng)。.Net將整個(gè)系統(tǒng)的類型分成兩大類 Value Type 和 Reference Type。，多數(shù)的OO語(yǔ)言存在這個(gè)弱點(diǎn)，原因就是因?yàn)樗麄兊脑愋蜎]有共同的基點(diǎn)，于是他們?cè)诒举|(zhì)上并不是真正的對(duì)象C+更依賴于對(duì)象，而非面向?qū)ο蟆?Net環(huán)境的CTS 給我們帶來(lái)了方便。第一、CTS中的所有東西都是對(duì)象；第二、所有的對(duì)象都源自一個(gè)基類System.Object類型。這就是所謂的單根層次結(jié)構(gòu)（singly root

2、ed hierarchy）關(guān)于System.Object的詳細(xì)資料請(qǐng)參考微軟的技術(shù)文檔。CTS Value Type的一個(gè)最大的特點(diǎn)是它們不能為null，Value Type的變量總有一個(gè)值。在傳遞Value Type的變量時(shí)，實(shí)際傳遞的是變量的值，而非底層對(duì)象的“引用”。CTS Reference Type就好像是類型安全的指針，它可以為null。當(dāng)值為null時(shí)，說(shuō)明沒有引用或類型指向某個(gè)對(duì)象。聲明一個(gè)引用類型的變量時(shí)，被操作的是此變量的引用（地址），而不是數(shù)據(jù)。 1、裝箱和拆箱是一個(gè)抽象的概念 2、裝箱是將值類型轉(zhuǎn)換為引用類型 ；拆箱是將引用類型轉(zhuǎn)換為值類型 利用裝箱和拆箱功能，可通過(guò)允

3、許值類型的任何值與Object 類型的值相互轉(zhuǎn)換，將值類型與引用類型鏈接起來(lái) 例如： int val = 100; object obj = val; Console.WriteLine (“對(duì)象的值 = 0", obj; 這是一個(gè)裝箱的過(guò)程，是將值類型轉(zhuǎn)換為引用類型的過(guò)程 int val = 100; object obj = val; int num = (int obj; Console.WriteLine ("num: 0", num; 這是一個(gè)拆箱的過(guò)程，是將值類型轉(zhuǎn)換為引用類型，再由引用類型轉(zhuǎn)換為值類型的過(guò)程 注：被裝過(guò)箱的對(duì)象才能被拆箱3、.NET中

4、，數(shù)據(jù)類型劃分為值類型和引用(不等同于C+的指針類型，與此對(duì)應(yīng)，內(nèi)存分配被分成了兩種方式，一為棧，二為堆，注意：是托管堆。值類型只會(huì)在棧中分配。引用類型分配內(nèi)存與托管堆。托管堆對(duì)應(yīng)于垃圾回收。4：裝箱/拆箱是什么？ 裝箱：用于在垃圾回收堆中存儲(chǔ)值類型。裝箱是值類型到 object 類型或到此值類型所實(shí)現(xiàn)的任何接口類型的隱式轉(zhuǎn)換。 拆箱：從 object 類型到值類型或從接口類型到實(shí)現(xiàn)該接口的值類型的顯式轉(zhuǎn)換。5：為何需要裝箱？(為何要將值類型轉(zhuǎn)為引用類型？ 一種最普通的場(chǎng)景是，調(diào)用一個(gè)含類型為Object的參數(shù)的方法，該Object可支持任意為型，以便通用。當(dāng)你需要將一個(gè)值類型(如Int32傳

5、入時(shí)，需要裝箱。 另一種用法是，一個(gè)非泛型的容器，同樣是為了保證通用，而將元素類型定義為Object。于是，要將值類型數(shù)據(jù)加入容器時(shí)，需要裝箱。6：裝箱/拆箱的內(nèi)部操作。 裝箱： 對(duì)值類型在堆中分配一個(gè)對(duì)象實(shí)例，并將該值復(fù)制到新的對(duì)象中。按三步進(jìn)行。 第一步：新分配托管堆內(nèi)存(大小為值類型實(shí)例大小加上一個(gè)方法表指針和一個(gè)SyncBlockIndex。 第二步：將值類型的實(shí)例字段拷貝到新分配的內(nèi)存中。 第三步：返回托管堆中新分配對(duì)象的地址。這個(gè)地址就是一個(gè)指向?qū)ο蟮囊昧恕?有人這樣理解：如果將Int32裝箱，返回的地址，指向的就是一個(gè)Int32。我認(rèn)為也不是不能這樣理解，但這確實(shí)又有問(wèn)題，一來(lái)

6、它不全面，二來(lái)指向Int32并沒說(shuō)出它的實(shí)質(zhì)(在托管堆中。 拆箱：檢查對(duì)象實(shí)例，確保它是給定值類型的一個(gè)裝箱值。將該值從實(shí)例復(fù)制到值類型變量中。 有書上講，拆箱只是獲取引用對(duì)象中指向值類型部分的指針，而內(nèi)容拷貝則是賦值語(yǔ)句之觸發(fā)。我覺得這并不要緊。最關(guān)鍵的是檢查對(duì)象實(shí)例的本質(zhì)，拆箱和裝箱的類型必需匹配，這一點(diǎn)上，在IL層上，看不出原理何在，我的猜測(cè)，或許是調(diào)用了類似GetType之類的方法來(lái)取出類型進(jìn)行匹配(因?yàn)樾枰獓?yán)格匹配。7：裝箱/拆箱對(duì)執(zhí)行效率的影響 顯然，從原理上可以看出，裝箱時(shí)，生成的是全新的引用對(duì)象，這會(huì)有時(shí)間損耗，也就是造成效率降低。 那該如何做呢？ 首先，應(yīng)該盡量避免裝箱。 比

7、如上例2的兩種情況，都可以避免，在第一種情況下，可以通過(guò)重載函數(shù)來(lái)避免。第二種情況，則可以通過(guò)泛型來(lái)避免。 當(dāng)然，凡事并不能絕對(duì)，假設(shè)你想改造的代碼為第三方程序集，你無(wú)法更改，那你只能是裝箱了。 對(duì)于裝箱/拆箱代碼的優(yōu)化，由于C#中對(duì)裝箱和拆箱都是隱式的，所以，根本的方法是對(duì)代碼進(jìn)行分析，而分析最直接的方式是了解原理結(jié)何查看反編譯的IL代碼。比如：在循環(huán)體中可能存在多余的裝箱，你可以簡(jiǎn)單采用提前裝箱方式進(jìn)行優(yōu)化。8：對(duì)裝箱/拆箱更進(jìn)一步的了解 裝箱/拆箱并不如上面所講那么簡(jiǎn)單明了，比如：裝箱時(shí)，變?yōu)橐脤?duì)象，會(huì)多出一個(gè)方法表指針，這會(huì)有何用處呢？ 我們可以通過(guò)示例來(lái)進(jìn)一步探討。 舉個(gè)例子。 S

8、truct A : ICloneable public Int32 x; public override String ToString( return String.Format(”0”,x; public object Clone( return MemberwiseClone(; static void main( A a; a.x = 100; Console.WriteLine(a.ToString(; Console.WriteLine(a.GetType(; A a2 = (Aa.Clone(; ICloneable c = a2; Ojbect o = c.Clone(; 5.

9、0：a.ToString(。編譯器發(fā)現(xiàn)A重寫了ToString方法，會(huì)直接調(diào)用ToString的指令。因?yàn)锳是值類型，編譯器不會(huì)出現(xiàn)多態(tài)行為。因此，直接調(diào)用，不裝箱。(注：ToString是A的基類System.ValueType的方法 5.1：a.GetType(，GetType是繼承于System.ValueType的方法，要調(diào)用它，需要一個(gè)方法表指針，于是a將被裝箱，從而生成方法表指針，調(diào)用基類的System.ValueType。(補(bǔ)一句，所有的值類型都是繼承于System.ValueType的。 5.2：a.Clone(，因?yàn)锳實(shí)現(xiàn)了Clone方法，所以無(wú)需裝箱。 5.3：IClone

10、able轉(zhuǎn)型：當(dāng)a2為轉(zhuǎn)為接口類型時(shí)，必須裝箱，因?yàn)榻涌谑且环N引用類型。 5.4：c.Clone(。無(wú)需裝箱，在托管堆中對(duì)上一步已裝箱的對(duì)象進(jìn)行調(diào)用。 附：其實(shí)上面的基于一個(gè)根本的原理，因?yàn)槲囱b箱的值類型沒有方法表指針，所以，不能通過(guò)值類型來(lái)調(diào)用其上繼承的虛方法。另外，接口類型是一個(gè)引用類型。對(duì)此，我的理解，該方法表指針類似C+的虛函數(shù)表指針，它是用來(lái)實(shí)現(xiàn)引用對(duì)象的多態(tài)機(jī)制的重要依據(jù)。9：如何更改已裝箱的對(duì)象 對(duì)于已裝箱的對(duì)象，因?yàn)闊o(wú)法直接調(diào)用其指定方法，所以必須先拆箱，再調(diào)用方法，但再次拆箱，會(huì)生成新的棧實(shí)例，而無(wú)法修改裝箱對(duì)象。有點(diǎn)暈吧，感覺在說(shuō)繞口令。還是舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)：(在上例中追加ch

11、ange方法 public void Change(Int32 x this.x = x; 調(diào)用： A a = new A(; a.x = 100; Object o = a; /裝箱成o，下面，想改變o的值。 (Ao.Change(200; /改掉了嗎？沒改掉。 沒改掉的原因是o在拆箱時(shí)，生成的是臨時(shí)的棧實(shí)例A，所以，改動(dòng)是基于臨時(shí)A的，并未改到裝箱對(duì)象。 (附：在托管C+中，允許直接取加拆箱時(shí)第一步得到的實(shí)例引用，而直接更改，但C#不行。 那該如何是好？ 嗯，通過(guò)接口方式，可以達(dá)到相同的效果。 實(shí)現(xiàn)如下： interface IChange void Change(Int32 x; str

12、uct A : IChange 調(diào)用： (IChangeo.Change(200;/改掉了嗎？改掉了。 為啥現(xiàn)在可以改？ 在將o轉(zhuǎn)型為IChange時(shí)，這里不會(huì)進(jìn)行再次裝箱，當(dāng)然更不會(huì)拆箱，因?yàn)閛已經(jīng)是引用類型，再因?yàn)樗荌Change類型，所以可以直接調(diào)用Change，于是，更改的也就是已裝箱對(duì)象中的字段了，達(dá)到期望的效果。10、將值類型轉(zhuǎn)換為引用類型，需要進(jìn)行裝箱操作(boxing：1、首先從托管堆中為新生成的引用對(duì)象分配內(nèi)存。2、然后將值類型的數(shù)據(jù)拷貝到剛剛分配的內(nèi)存中。3、返回托管堆中新分配對(duì)象的地址?？梢钥闯?，進(jìn)行一次裝箱要進(jìn)行分配內(nèi)存和拷貝數(shù)據(jù)這兩項(xiàng)比較影響性能的操作。將引用內(nèi)型轉(zhuǎn)

13、換為值內(nèi)型，需要進(jìn)行拆箱操作(unboxing：1、首先獲取托管堆中屬于值類型那部分字段的地址，這一步是嚴(yán)格意義上的拆箱。2、將引用對(duì)象中的值拷貝到位于線程堆棧上的值類型實(shí)例中。經(jīng)過(guò)這2步，可以認(rèn)為是同boxing是互反操作。嚴(yán)格意義上的拆箱，并不影響性能，但伴隨這之后的拷貝數(shù)據(jù)的操作就會(huì)同boxing操作中一樣影響性能。11、-NET的所有類型都是由基類System.Object繼承過(guò)來(lái)的，包括最常用的基礎(chǔ)類型：int, byte, short，bool等等，就是說(shuō)所有的事物都是對(duì)象。如果申明這些類型得時(shí)候都在堆(HEAP中分配內(nèi)存，會(huì)造成極低的效率！(個(gè)中原因以及關(guān)于堆和棧得區(qū)別會(huì)在另一篇里單獨(dú)得說(shuō)說(shuō)！.NET如何解決這個(gè)問(wèn)題得了？正是通過(guò)將類型分成值型(value和引用型(regerencetype，C#中定義的值類型包括原類型（Sbyte、Byte、Short、Ushort、Int、Uint、Long、Ulong、Char、Float、Double、Bool、Decimal）、枚舉(enum、結(jié)構(gòu)(struct，引用類型包括：類、數(shù)組、接口、委托、字符串等。值型就是在棧中分配內(nèi)存，在申明的同時(shí)就初始化，以確保數(shù)據(jù)不為NULL；引用型是在堆中分配內(nèi)存，初始化為null，引用型是需