【C#】裝箱 (boxing) 和拆箱 (unboxing)

2019-11-17 02:28:49

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【C#】裝箱 (boxing) 和拆箱 (unboxing)

1. 裝箱和拆箱

裝箱就是把“值類型”轉換成“引用類型”；
拆箱就是把“引用類型”轉換成“值類型”；

首先，我們要弄明白為什么需要裝箱和拆箱。C#的所有類型，包括int、boo等，都繼承自System.Object，但是卻又有值類型和引用類型之分。這時你要問，int是繼承自object類型的，object是引用類型，那為何int不是引用類型而是值類型的呢？這就涉及到裝箱和拆箱的概念了。

我們知道對象是創建在堆上的，它的創建和銷毀必然帶來額外的CPU和內存消耗。如果將int，boo等微小而常用的數據類型都放在堆上創建和銷毀，語言的性能將會被極大的限制，有時甚至是無法忍受的。C#將值類型和引用類型分開，值類型直接在棧中被創建，超過作用域后直接銷毀。當需要值類型成為對象時，使用裝箱操作，讓值類型變為一個引用類型的對象。這樣，我們就可以使用object作為通用的接口統一語言內的一切類型。

拆箱在MSDN官方文檔里用的是 取消裝箱。事實上拆箱是裝箱的逆操作，也就是說我們只對裝過箱的引用類型（通常是object對象）進行拆箱操作。單純拆箱操作的后果無法設想的。

裝箱和拆箱是C#的核心概念，C#利用其完成類型系統的統一。有了裝箱，任何類型的值都可以視為一個對象。CLR在裝箱時是將值類型包裝到System.Object的內部，再將其存儲到托管堆上。拆箱是從對象中提取值類型。裝箱是隱式的而拆箱是顯示的。

//裝箱 boxingint i = 3 ;  //分配在棧上object o = i ;//隱式裝箱操作，int i 在堆上object b = (object)i ; //顯示裝箱操作//拆箱 unboxingint j = (int) o ;//顯示拆箱（將對象o拆箱為int類型）int k = b ;//error!!, 不能隱式拆箱

拆箱的操作包括

1，檢查對象實例，以卻確保它是給定值類型的裝箱值。
2，將該值從實例復制到值類型變量中。

下面來看看這個例子：

int i=0;System.Object obj=i;Console.WriteLine(i+","+(int)obj);

其中共發生了3次裝箱和一次拆箱！^_^，看出來了吧？！第一次是將i裝箱，第2次是輸出的時候將i轉換成string類型，而string類型為引用類型，即又是裝箱，第三次裝箱就是(int)obj的轉換成string類型，裝箱！拆箱就是(int)obj，將obj拆箱！！

2. 深入理解裝箱和拆箱

object o = 1 ;

這句話的IL代碼如下：

.locals init (　　[0] object objValue　　) //以上三行IL表示聲明object類型的名稱為objValue的局部變量　　IL_0000: nop　　IL_0001: ldc.i4.s 1 //表示將整型數1放到棧頂　　IL_0003: box [mscorlib]System.Int32 //執行IL box指令，在內存堆中申請System.Int32類型需要的堆空間　　IL_0008: stloc.0 //彈出堆棧上的變量，將它存儲到索引為0的局部變量中

注意注釋的部分。執行裝箱操作時不可避免的要在堆上申請內存空間，并將堆棧上的值類型數據復制到申請的堆內存空間上，這肯定是要消耗內存和cpu資源的。

object objValue = 4;int value = (int)objValue;

同樣，看看IL代碼：

.locals init (　　[0] object objValue,　　[1] int32 'value'　　) //上面IL聲明兩個局部變量object類型的objValue和int32類型的value變量　　IL_0000: nop　　IL_0001: ldc.i4.4 //將整型數字4壓入棧　　IL_0002: box [mscorlib]System.Int32 //執行IL box指令，在內存堆中申請System.Int32類型需要的堆空間　　IL_0007: stloc.0 //彈出堆棧上的變量，將它存儲到索引為0的局部變量中　　IL_0008: ldloc.0//將索引為0的局部變量(即objValue變量)壓入棧　　IL_0009: unbox.any [mscorlib]System.Int32 //執行IL 拆箱指令unbox.any 將引用類型object轉換成System.Int32類型　　IL_000e: stloc.1 //將棧上的數據存儲到索引為1的局部變量即value

拆箱操作的執行過程和裝箱操作過程正好相反，是將存儲在堆上的引用類型值轉換為值類型并給值類型變量。裝箱操作和拆箱操作是要額外耗費cpu和內存資源的，所以在c# 2.0之后引入了泛型來減少裝箱操作和拆箱操作消耗。

3. int[] to object[]，值類型數組到對象數組的轉化

我們不能直接把值類型的數組賦值給對象數組，例如：

 int[] array  = new int[] { 0 } ; object[] oiArray = (object[])array;//error!! 不能將int[] 轉換到 object[]

 string[] a={"1","2","3"};

 object[] osArray = a ;//正確，a是引用類型數組，不存在裝箱和拆箱

(object[])a無法將a所有的值類型對象“直接”轉換為引用類型，所以編譯器不會通過這個轉換。可以使用如下的方式達到目的：

  int[] array  = new int[] { 0 } ;  object[] oArray = new object[array.Length];  for(int i =0 ; i< array.Length ; i++)  {     oArray[i] = array[i]; //隱式裝箱  }

4. 使用泛型減少裝箱和拆箱

有時說使用泛型能提高C#程序的性能，有一部分性能的提升是由減少了裝箱和拆箱帶來的。考察下面的代碼：

public class Test{    object _o  ;        public Test(object o)    {_o = o ;    }}public class Test<T>{    T _o ;    public Test(T o)    {        _o = o ;    }}

第一個Test類中沒有使用泛型，如果將一個int類型的值傳入Test，將會引發多次的裝箱和拆箱操作。而泛型類在實例化時已經明確了類型，復制操作時就不會有裝箱和拆箱操作了。