C# 装箱与拆箱机制详解

本文参考 《CLR via C#》、搜索引擎

值类型比引用类型要 “轻” 那么一点，值类型使用的时候也非常的方便，它们 不作为对象在托管推中分配，没有被当作垃圾回收掉，也不能通过指针进行引用。但许多的时候都需要对值类型进行实例的引用，这就是我们所常说的 “装箱”，当然，有装箱就有拆箱，下面就让我们一起来了解一下，值类型与引用类型之间的那些事儿吧 . . .
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装箱是一个非常浪费性能的操作，在学习过程中，我们尽量避免这种操作，养成好的习惯 . . .

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文章目录

• 装箱与拆箱

• 实例讲解程序中的装箱与拆箱机制

• 平常注意的两个操作点

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装箱与拆箱

—— 装箱

将 值类型 转换成 引用类型 就要使用到 装箱 机制，装箱的时候会发生如下几种情况：

• 在托管堆中分配内存
• 值类型的字段复制到新分配的堆内存
• 返回对象地址。 该地址是对象引用，值类型 --> 引用类型

下面这个图演示了 装箱 的过程：

C# 编译器会自动生成对值类型实例进行装箱所需的 IL 代码，下面我会进行演示 . . .

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—— 拆箱

有装箱就有拆箱，那么怎么样才能完成拆箱呢？ 完成拆箱主要有两步：

• 获取已装箱的 值类型在堆中的各个字段的地址（拆箱）
• 将字段包含的值从堆中复制到基于栈的值类型实例中

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介绍完装箱与拆箱的概念原理之后，我们下面就来研究一下他们的代码实现吧

例如我们对一个 Int32 型 的数据进行装箱与拆箱：

进行装箱的时候，我们感觉就像直接复制了一样，实则 像上面那个装箱图一样做了许多事情，在进行拆箱的时候，感觉就像强制类型转换一样，但也不然 . . .

短短的两行代码，却直接演示了 装箱与拆箱. . .

这里需要注意的是，我们进行拆箱的时候，如果引用的对象不是所需值类型的已装箱实例，就会抛出异常，比如下面这种情况：

如果我们一定要使用 Int16 来进行拆箱，那么我们可以使用下面的这种写法：

对对象进行拆箱时，只能转型为最初未装箱的值类型 Int32，之后再进行强制转换为 Int16 . . .

上面我们提到过，进行拆箱时会进行一次字段复制，那么我们输出 newValue的值 应该是 42，事实也如此 . . .

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下面我们看一个例子，其中进行了几个装箱呢？

它的结果是：123，5
因为 o 引用的是已经装箱的 v，不管我们如何的修改未装箱的 v，都不会影响到它 . . .

那么它到底进行了几次装箱呢？ 答案是三次，是不是有点小意外 ^ _ ^，我们来看一看这个程序生成的 IL 代码，我们可以通过 ILDASM 工具进行查看：

• 直接将.exe 文件插入其中即可：
  
• 生成的 IL 代码：
  

注意我用红色框起来的部分，我们使用 Console.WriteLine 进行输出时，它把三个参数都当成 String型数据连接起来，然后输出 . . .

那么三次装箱是哪三次呢？ 下面就是正确的答案，你知道吗：

- Object o = v； 				// 第一次装箱
- Console.WriteLine 中的 v  			// 第二次装箱
- Console.WriteLine 中的 (Int32)o   		// 拆箱后又进行装箱

之所以三个参数都是 String型，是因为 Console.WriteLine没有重载 Console.WriteLine(Int32,
String, Int32) 这个方法，所以Console.WriteLine 直接把它们都当成引用类型（String） 连接起来了 . .
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大家可以细细的品 . . . ^ _ ^

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装箱与拆箱的基本概念与代码介绍到此，下面我们来实践一下一个小程序，看看其中有多少的装箱拆箱，此外，我再次提醒，装箱很废性能，尽量避免这样的操作，但有的时候，我们又不得不去进行装箱，比如上面的那个有三次装箱的 Console.WriteLine，我们可以将它改成如下的样子：

这样子，这个例子就进行了 一次装箱， v.ToString 和 ", " 和 o 是一样的引用类型 . . .

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实例讲解程序中的装箱与拆箱机制

当我们把值类型转化为接口类型也需要装箱操作的，下面这个例子就完美的体现出，如果看懂了，我们就真正的理解装箱与拆箱机制了，每一行 Console.WriteLine 代码我都加以注释 . . .

using System;

namespace BoxDemo
{ 
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 值类型，在栈上创建两个 Point实例
            Point p1 = new Point(10, 10);
            Point p2 = new Point(20, 20);

	    // 调用 ToString（虚方法） 不装箱 p1
            Console.WriteLine(p1.ToString());

	    // 调用 GetType（非虚方法）时，要对 p1 进行装箱
            Console.WriteLine(p1.GetType());                //Object

  	    // 调用 CompareTo 不装箱 p1
            // 调用的是重载过的 CompareTo
            Console.WriteLine(p1.CompareTo(p2));

 	    // 装箱 放到 c中
            IComparable c = p1;
            Console.WriteLine(c.GetType());

	    // 调用 CompareTo 不装箱 p1
            // 调用的是IComparable 实现的接口 CompareTo
            Console.WriteLine(p1.CompareTo(c));

	    // c 不装箱(引用 p1)    p2 装箱
            Console.WriteLine(c.CompareTo(p2));

	    // 对 c 拆箱，字段复制到 p2中
            p2 = (Point)c;
            Console.WriteLine(p2.ToString());
        }
    }

    internal struct Point : IComparable
    {
        private Int32 m_x, m_y;

	public Point(Int32 x, Int32 y)
        {
            m_x = x;
            m_y = y;
        }

	public override String ToString()
        {
            // 返回 Point，避免 ToString 装箱
            return String.Format("({0}, {1})", m_x.ToString(), m_y.ToString());
        }

	public Int32 CompareTo(Point other)
        {
            // 计算 Point的 哪个点 离 （0，0） 更远
            return Math.Sign(Math.Sqrt(m_x * m_x + m_y * m_y) -
                Math.Sqrt(other.m_x * other.m_x + other.m_y * other.m_y));
        }

	// 实现接口中的 CompareTo
        public Int32 CompareTo(object obj)
        {
            if(this.GetType() != obj.GetType())
            {
                throw new ArgumentException("o is not a Point");    
            }
            
            // 调用类型安全的 CompareTo方法
            return CompareTo((Point)obj);   
        }
    }
}

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平常注意的两个操作点

一、重复数据应避免多次装箱

例如下面，我们需要输出三个相同数据的值类型，但 Console.WriteLine 对他进行了三次装箱：

int v = 11;

Console.WriteLine("{0}, {1}, {2}", v, v, v);

解决办法：手动进行一次装箱，只进行一次装箱：

int v = 11;

Object o = v;
Console.WriteLine("{0}, {1}, {2}", o, o, o);

如果不知道这里的情况，请看上面这个相关的例子：

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二、使用接口更改已经装箱值类型中的字段

首先，我们来测试一下没有使用接口的情况：

定义一个测试类：

测试代码：

测试的结果是：

这里，我们可能会想不到为什么最后的输出也是 （2，2）？

原因解析： 因为对引用类型进行拆箱时，它将已装箱 Point 中的字段复制到 线程栈上的一个 Point上面！但是已经装箱的 Point不会受这个 Change调用的影响，所以这就需要我们借助接口的使用了

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接口的使用，改变已经装箱的值类型：

定义一个接口，并定义一个实现接口的类：

测试代码：

输出的结果为：

倒数第二个输出，造成这样的原因类似于：

最后一个输出，o 引用的已装箱 Point 转型为一个 IChangeBoxedPoint。这里不需要装箱，因为 o本来就是引用类型，它直接调用 Change 修改对应的数据 . . . 接口方法 Change 使我们能够完成我们想要的操作 . . .

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5.20 快乐

文中可能有许多不对的地方，欢迎前辈纠正，谢谢大家 ^ _ ^