.NET大牛之路 ? 王亮@精致碼農(nóng) ? 2021.08.27

前面我們講到 .NET 平臺(tái)支持的兩大數(shù)據(jù)類型：值類型和引用類型。值類型比引用類型更高效，因?yàn)樗鼪](méi)有指針引用，不用分配在托管堆中，也不用被 GC 回收。但有時(shí)候你可能偶爾需要將一種類型的變量表示為另一種類型的變量。為此，C# 提供了裝箱和拆箱的機(jī)制。

1理解裝箱

簡(jiǎn)單地說(shuō)，裝箱就是將一個(gè)值類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)引用類型的變量中。

假設(shè)你一個(gè)方法中創(chuàng)建了一個(gè) int 類型的本地變量，你要將這個(gè)值類型表示為一個(gè)引用類型，那么就表示你對(duì)這個(gè)值進(jìn)行了裝箱操作，如下所示：

static?void?SimpleBox() {int myInt = 25;// 裝箱操作object boxedInt = myInt; }

確切地說(shuō)，裝箱的過(guò)程就是將一個(gè)值類型分配給 Object 類型變量的過(guò)程。當(dāng)你裝箱一個(gè)值時(shí)，CoreCLR 會(huì)在堆上分配一個(gè)新的對(duì)象，并將該值類型的值復(fù)制到該對(duì)象實(shí)例。返回給你的是一個(gè)在托管堆中新分配的對(duì)象的引用。

2理解拆箱

反過(guò)來(lái)，將 Object 引用類型變量的值轉(zhuǎn)換回棧中相應(yīng)的值類型的過(guò)程則稱為拆箱。

從語(yǔ)法上講，拆箱操作看起來(lái)就像一個(gè)正常的轉(zhuǎn)換操作。然而，其語(yǔ)義是完全不同的。CoreCLR 首先驗(yàn)證接收的數(shù)據(jù)類型是否等同于被裝箱的類型，如果是，它就把值復(fù)制回基于棧存儲(chǔ)的本地變量中。

例如，如果下面的 boxedInt 的底層類型確實(shí)是 int，那就完成了拆箱操作：

static?void?SimpleBoxUnbox() {int myInt = 25;// 裝箱操作object boxedInt = myInt;// 拆箱操作int unboxedInt = (int)boxedInt; }

記住，與執(zhí)行典型的類型轉(zhuǎn)換不同，你必須將其拆箱到一個(gè)恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)類型中。如果你試圖將一塊數(shù)據(jù)拆箱到不正確的數(shù)據(jù)類型中，將會(huì)拋出 InvalidCastException 異常。為了安全起見(jiàn)，如果你不能保證 Object 類型背后的類型，最好使用 try/catch 邏輯把拆箱操作包起來(lái)，盡管這樣會(huì)有些麻煩。考慮下面的代碼，它將拋出一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)槟阏噲D將裝箱的 int 類型拆箱成一個(gè) long 類型：

static?void?SimpleBoxUnbox() {int myInt = 25;// 裝箱操作object boxedInt = myInt;// 拆箱到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)類型，將觸發(fā)運(yùn)行時(shí)異常try{long unboxedLong = (long)boxedInt;}catch (InvalidCastException ex){Console.WriteLine(ex.Message);} }

3生成的 IL 代碼

當(dāng) C# 編譯器遇到裝箱/拆箱語(yǔ)法時(shí)，它會(huì)生成包含裝箱/拆箱操作的 IL 代碼。如果你用 ildasm.exe 查看編譯的程序集，你會(huì)看到裝箱和拆箱操作對(duì)應(yīng)的 box 和 unbox 指令：

.method assembly hidebysig staticvoid??'<<Main>$>g__SimpleBoxUnbox|0_0'() cil managed {.maxstack??1.locals init (int32 V_0, object V_1, int32 V_2)IL_0000:??nopIL_0001:??ldc.i4.s???25IL_0003:??stloc.0IL_0004:??ldloc.0IL_0005:??box????????[System.Runtime]System.Int32IL_000a:??stloc.1IL_000b:??ldloc.1IL_000c:??unbox.any??[System.Runtime]System.Int32IL_0011:??stloc.2IL_0012:??ret} // end of method '<Program>$'::'<<Main>$>g__SimpleBoxUnbox|0_0'

乍一看，裝箱/拆箱似乎是一個(gè)沒(méi)啥用的語(yǔ)言特性，學(xué)術(shù)性大于實(shí)用性。畢竟，你很少需要在一個(gè)本地 Object 變量中存儲(chǔ)一個(gè)本地值類型。然而，事實(shí)是裝箱/解箱過(guò)程是相當(dāng)有用的，因?yàn)樗试S你假設(shè)一切都可以被當(dāng)作 Object 類型來(lái)處理，而 CoreCLR 會(huì)自動(dòng)幫你處理與內(nèi)存有關(guān)的細(xì)節(jié)。

4實(shí)際應(yīng)用

讓我們來(lái)看看裝箱/拆箱的實(shí)際應(yīng)用，我們以 C# 的 ArrayList 類為例，用它來(lái)保存一批在棧中存儲(chǔ)的整型數(shù)據(jù)。ArrayList 類的相關(guān)方法成員列舉如下：

public?class?ArrayList : IList, ICloneable {...public?virtual?int?Add(object? value);public?virtual?void?Insert(int index, object? value);public?virtual?void?Remove(object? obj);public?virtual?object? this[int index] { get; set; } }

請(qǐng)注意，上面 ArrayList 的方法都是對(duì) Object 類型數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。ArrayList 是為操作對(duì)象（代表任何類型）而設(shè)計(jì)的，而對(duì)象是在托管堆上分配的數(shù)據(jù)。請(qǐng)考慮下面代碼：

static?void?WorkWithArrayList() {// 當(dāng)傳遞給對(duì)象的方法時(shí)，值類型會(huì)自動(dòng)被裝箱ArrayList myInts = new ArrayList();myInts.Add(10); }

盡管你直接將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳入需要 Object 參數(shù)的方法中，但運(yùn)行時(shí)自動(dòng)將分配在棧中的數(shù)據(jù)裝箱。如果你想使用索引器從 ArrayList 中檢索一條數(shù)據(jù)，你必須使用轉(zhuǎn)換操作將堆分配的對(duì)象拆箱為棧分配的整型，因?yàn)?ArrayList 的索引器返回的是 Object 類型，而不是 int 類型。

static?void?WorkWithArrayList() {// 當(dāng)傳遞給需要對(duì)象參數(shù)的方法時(shí)，值類型就自動(dòng)被裝箱ArrayList myInts = new ArrayList();myInts.Add(10);// 當(dāng)對(duì)象被轉(zhuǎn)換回基于棧存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生拆箱int i = (int)myInts[0];// 由于 WriteLine() 需要的 object 參數(shù)，又重新裝箱了Console.WriteLine("Value of your int: {0}", i); }

在調(diào)用 ArrayList.Add() 之前，在棧中分配的 int 數(shù)值被裝箱了，所以它可以被傳入?yún)?shù)為 Object 類型的方法中。從 ArrayList 中檢索到 Object 類型的數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)換操作，它就被拆箱成 int 類型。最后，當(dāng)它被傳遞給 Console.WriteLine() 方法時(shí)，又被裝箱了，因?yàn)檫@個(gè)方法的參數(shù)是 Object 類型。

5小結(jié)

從程序員的角度來(lái)看，裝箱和拆箱是很方便的，我們不需要手動(dòng)去復(fù)制和轉(zhuǎn)移內(nèi)存中的值類型和引用類型的數(shù)據(jù)。

但裝箱和拆箱背后的棧/堆內(nèi)存轉(zhuǎn)移也帶來(lái)了性能問(wèn)題。下面總結(jié)一下對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的整型數(shù)進(jìn)行裝箱和拆箱所需要的步驟：

在托管堆中分配一個(gè)新對(duì)象；

在棧中的數(shù)據(jù)值被轉(zhuǎn)移到該托管堆中的對(duì)象上；

當(dāng)拆箱時(shí)，存儲(chǔ)在堆中對(duì)象上的值被轉(zhuǎn)移回棧中；

堆上未使用的對(duì)象將最終被 GC 回收。

盡管很多時(shí)候裝箱和拆箱操作不會(huì)在性能方面造成重大影響，但如果一個(gè)像 ArrayList 這樣的集合包含成千上萬(wàn)條數(shù)據(jù)，而你的程序又會(huì)頻繁操作這些數(shù)據(jù)，性能的影響還是會(huì)很明顯的。

所以，我們平時(shí)在編程時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量避免發(fā)生裝箱和拆箱操作。比如對(duì)于上面 ArrayList 的示例，如果集合元素類型是一致的，則應(yīng)當(dāng)使用泛型的集合類型，比如改用 List<T>、LinkedList<T> 等。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[019] C#基础：理解装箱与拆箱的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。