C#的裝箱拆箱

深入了解C#的裝箱和拆箱

裝箱拆箱的定義

裝箱和拆箱是值類型和引用類型之間互相轉換時要執行的操作。

1. 裝箱在值類型向引用類型轉換時發生。

2. 拆箱在引用類型向值類型裝換是發生。

光上述兩句話不難了解，但是往深處了解，就需要一些篇幅來解釋了。

我們先來看裝箱時會發生什麼事情，下面是一行最簡單的裝箱代碼。

這行語句将整型常量1賦給object類型的變量obj； 衆所周知常量1是值類型，值類型是要放在棧上的，而object是引用類型，它需要放在堆上；要把值類型放在堆上就需要執行一次裝箱操作。

這行語句的IL代碼如下，請注意注釋部分說明：

.locals init (
  [] 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  //表示将整型數放到棧頂
IL_0003: box [mscorlib]System.Int32 //執行IL box指令，在記憶體堆中申請System.Int32類型需要的堆空間
IL_0008: stloc //彈出堆棧上的變量，将它存儲到索引為的局部變量中
           

以上就是裝箱所要執行的操作了，執行裝箱操作時不可避免的要在堆上申請記憶體空間，并将堆棧上的值類型資料複制到申請的堆記憶體空間上，這肯定是要消耗記憶體和cpu資源的。我們再看下拆箱操作是怎麼回事：

請看下面的C#代碼：

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

上面的兩行代碼會執行一次裝箱操作将整形數字常量4裝箱成引用類型object變量objValue；然後又執行一次拆箱操作，将存儲到堆上的引用變量objValue存儲到局部整形值類型變量value中。

同樣我們需要看下IL代碼：

.locals init (
  [] object objValue,
  [] 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 //将整型數字4壓入棧
IL_0002: box [mscorlib]System.Int32  //執行IL box指令，在記憶體堆中申請System.Int32類型需要的堆空間
IL_0007: stloc //彈出堆棧上的變量，将它存儲到索引為0的局部變量中
IL_0008: ldloc//将索引為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 将引用類型object轉換成System.Int32類型
IL_000e: stloc //将棧上的資料存儲到索引為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，是将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和記憶體資源的，是以在c# 2.0之後引入了泛型來減少裝箱操作和拆箱操作消耗。

使用泛型和不使用泛型引發裝箱拆箱的情況

• 使用非泛型集合時引發的裝箱和拆箱操作

看下面的一段代碼：

var array = new ArrayList();
array.Add();
array.Add();

foreach(int value in array)
{
  Console.WriteLine("value is {0}",value);
}
           

代碼聲明了一個ArrayList對象，向ArrayList中添加兩個數字1，2；然後使用foreach将ArrayList中的元素列印到控制台。

在這個過程中會發生兩次裝箱操作和兩次拆箱操作，在向ArrayList中添加int類型元素時會發生裝箱，在使用foreach枚舉ArrayList中的int類型元素時會發生拆箱操作，将object類型轉換成int類型，在執行到Console.WriteLine時，還會執行兩次的裝箱操作；這一段代碼執行了6次的裝箱和拆箱操作；如果ArrayList的元素個數很多，執行裝箱拆箱的操作會更多。

你可以通過使用ILSpy之類的工具檢視IL代碼的box，unbox指令檢視裝箱和拆箱的過程。

• 使用泛型集合的情況

請看如下代碼：

var list = new List<int>();
list.Add();
list.Add();

foreach (int value in list)
{
Console.WriteLine("value is {0}", value);
}
           

代碼和1中的代碼的差别在于集合的類型使用了泛型的List，而非ArrayList；我們同樣可以通過檢視IL代碼檢視裝箱拆箱的情況，上述代碼隻會在Console.WriteLine()方法時執行2次裝箱操作，不需要拆箱操作。

可以看出泛型可以避免裝箱拆箱帶來的不必要的性能消耗；當然泛型的好處不止于此，泛型還可以增加程式的可讀性，使程式更容易被複用等等。