C# 拆箱与装箱及优化

1、概念

• 装箱在值类型向引用类型转换时发生，在堆中分配。
• 拆箱在引用类型向值类型转换时发生。

2、装箱拆箱的过程

//这行语句将整型常量1赋给object类型的变量obj；众所周知常量1是值类型，值类型是要放在栈上的，而object是引用类型，它需要放在堆上；要把值类型放在堆上就需要执行一次装箱操作。
object obj = 1;

这行语句的IL代码如下，请注意注释部分说明：

.locals init (
  [0] object objValue
)  //以上三行IL表示声明object类型的名称为objValue的局部变量 
IL_0000: nop
IL_0001: ldc.i4.s 9 //表示将整型数9放到栈顶
IL_0003: box [mscorlib]System.Int32 //执行IL box指令，在内存堆中申请System.Int32类型需要的堆空间
IL_0008: stloc.0 //弹出堆栈上的变量，将它存储到索引为0的局部变量中

以上就是装箱所要执行的操作了，执行装箱操作时不可避免的要在堆上申请内存空间，并将堆栈上的值类型数据复制到申请的堆内存空间上，这肯定是要消耗内存和cpu资源的。我们再看下拆箱操作是怎么回事：

//下面的两行代码会执行一次装箱操作将整形数字常量4装箱成引用类型object变量objValue；然后又执行一次拆箱操作，将存储到堆上的引用变量objValue存储到局部整形值类型变量value中。
object objValue = 4;
int value = (int)objValue;

这行语句的IL代码如下，请注意注释部分说明：

.locals init (
  [0] object objValue,
  [1] int32 'value'
) //上面IL声明两个局部变量object类型的objValue和int32类型的value变量
IL_0000: nop
IL_0001: ldc.i4.4 //将整型数字4压入栈
IL_0002: box [mscorlib]System.Int32  //执行IL box指令，在内存堆中申请System.Int32类型需要的堆空间
IL_0007: stloc.0 //弹出堆栈上的变量，将它存储到索引为0的局部变量中
IL_0008: ldloc.0//将索引为0的局部变量（即objValue变量）压入栈
IL_0009: unbox.any [mscorlib]System.Int32 //执行IL 拆箱指令unbox.any 将引用类型object转换成System.Int32类型
IL_000e: stloc.1 //将栈上的数据存储到索引为1的局部变量即value

拆箱操作的执行过程和装箱操作过程正好相反，是将存储在堆上的引用类型值转换为值类型并给值类型变量。

装箱操作和拆箱操作是要额外耗费cpu和内存资源的，所以在c# 2.0之后引入了泛型来减少装箱操作和拆箱操作消耗。

3、优化装箱拆箱

1)警惕隐式类型转换–使用合理的方式进行类型转换

string str = "测试";
string num = 1;
str = str + num;

这里是发生了，装箱的操作的，1是值类型，str是string类型，为引用类型，这个”str +1”操作，虽然没有显式的类型转换，但是确实发生了装箱的操作 。

string str = "测试";
string num = 1;
str = str + num.ToString();

因为是num提前转成了string类型，所以2个string类型相加，就不存在装箱操作了，这样减少了性能的损耗。

2)使用泛型—运行时绑定数据类型,减少装箱与拆箱

(1)使用非泛型集合时引发的装箱和拆箱操作(ArrayList是来自System.Collections,是一个非泛型的集合—-存在装箱)

var array = new ArrayList();
array.Add(1);
array.Add(2);

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

代码声明了一个ArrayList对象，向ArrayList中添加两个数字1，2；然后使用foreach将ArrayList中的元素打印到控制台。

在这个过程中会发生两次装箱操作和两次拆箱操作，

在向ArrayList中添加int类型元素时会发生装箱，

在使用foreach枚举ArrayList中的int类型元素时会发生拆箱操作，

将object类型转换成int类型，在执行到Console.WriteLine时，还会执行两次的装箱操作；

这一段代码执行了6次的装箱和拆箱操作；如果ArrayList的元素个数很多，执行装箱拆箱的操作会更多。

(2)使用泛型集合的情况(List来源于System.Collections.Generic,是一个泛型集合—–不存在装箱)

var list = new List<int>();
list.Add(1);
list.Add(2);

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

代码和1中的代码的差别在于集合的类型使用了泛型的List，而非ArrayList；上述代码只会在Console.WriteLine()方法时执行2次装箱操作，不需要拆箱操作。

可以看出泛型可以避免装箱拆箱带来的不必要的性能消耗；当然泛型的好处不止于此，泛型还可以增加程序的可读性，使程序更容易被复用等等。

总结：

1、拆箱和装箱的存在，让值类型和引用类型之间的转换变得方便。
2、但是在大量的数据操作中，频繁的装箱和拆箱操作会大大消耗CPU的资源，降低代码的执行速率。
3、为了解决这个问题，我们要合理的使用类型转换和泛型类与泛型方法来防止隐式的装箱和拆箱操作。

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