《Effective C#》之减少装箱和拆箱

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《Effective C#》之减少装箱和拆箱

2007-08-12 11:00  作者：愚翁

　　为了便于文章的开展，首先介绍装箱(Boxing)和拆箱(Unboxing)这两个名词。.Net的类型分为两种，一种是值类型，另一种是引用类型。这两个类型的本质区别，值类型数据是分配在栈中，而引用类型数据分配在堆上。那么如果要把一个值类型数据放到堆上，就需要装箱操作;反之，把一个放在堆上的值类型数据取出来，则需要进行拆箱操作。

　　例如，对于如下简单的装箱和拆箱操作语句。

       int i = 123;
　　object obj = i;//Boxing
　　if( obj is int )
　　int j = (int) obj;//Unboxing

为了，更好的诠释装箱和拆箱操作，我借用MSDN关于“Boxing”的解释图，具体如下。

 明白了这两名词的意思，现在说说为什么要减少装箱和拆箱操作。

　　原因有两个，主要是关于效率：一个就是对于堆的操作效率比较低;另一个就是对于堆上分配的内存资源，需要GC来回收，从而降低程序效率。

考虑到这两点因素，那么需要在程序中减少装箱和拆箱操作。

　　如何减少呢，涉及到这两个操作比较多的是，格式化输出操作，例如：String.Format，Console.WriteLine之类的语句。

　　例如：

Console.WriteLine( "Number list:{0}, {1}, {2}",1,2,3 );

　　
　　对于“1，2，3”来说，相当于前面的“123”一样，需要经过装箱和拆箱两个操作。那么如何避免呢，其实只要向WriteLine传递引用类型数据即可，也就是按照如下的方式。

　　Console.WriteLine( "Number list:{0}, {1}, {2}",　1.ToString(),2.ToString(),3.ToString() );

由于“1.ToString()”的结果是String类型，属于引用类型，因此不牵扯装箱和拆箱操作。

　　其次，牵扯到装箱和拆箱操作比较多的就是在集合中，例如：ArrayList或者HashTable之类。

　　把值类型数据放到集合中，可能会出现潜在错误。例如：

public struct Person
{
　private string _Name;
　public string Name
　{
　　get{ return _Name; }
　　set{ _Name = value; }
　}
　public Person( string PersonName )
　{
　　_Name = PersonName;
　}

　public override string ToString()
　{
　　return _Name;
　}
}

// Using the person in a collection

ArrayList arrPersons = new ArrayList();
Person p = new Person( "OldName" );
arrPersons.Add( p );

// Try to change the name

p = ( Person ) arrPersons[0] ;
p.Name = "NewName";
Debug.WriteLine( ( (Person ) arrPersons[0] ).Name );//It's "OldName"

　　这个问题其实在前面的文章中已经讲过了。有人可能会说，是否可以按照如下的方式去修改呢。

( (Person ) arrPersons[0] ).Name = "NewName";//Can't be compiled

很不幸，如上操作不能通过编译。为什么呢，对于“( (Person ) arrPersons[0] )”来说，是系统用一个临时变量来接收拆箱后的值类型数据，那么由于值类型是分配在栈上，那么操作是对实体操作，可是系统不允许对一个临时值类型数据进行修改操作。

// Using the person in a collection

ArrayList arrPersons = new ArrayList();
Person p = new Person( "OldName" );
arrPersons.Add( p );

// Try to change the name

p = ( Person ) arrPersons[0] ;
p.Name = "NewName";
arrPersons.RemoveAt( 0 );//Remove old data first
arrPersons.Insert( 0, p );//Add new data
Debug.WriteLine( ( (Person ) arrPersons[0] ).Name );//It's "NewName"

　　其实，这样操作会产生过多装箱和拆箱操作。那么更好的方法，可以通过接口来完成，从而减少装箱和拆箱操作。对于这个例子的接口实现应该如下。

public interface IPersonName
{
　string Name{ get;set;}
}

public struct Person:IPersonName
{
　private string _Name;
　public string Name
　{
　　get{ return _Name; }
　　set{ _Name = value; }
　}
　public Person( string PersonName )
　{
　　_Name = PersonName;
　}

　public override string ToString()
　{
　　return _Name;
　}
}

// Using the person in a collection

ArrayList arrPersons = new ArrayList();
Person p = new Person( "OldName" );

arrPersons.Add( p );
// Change the name

( (IPersonName)arrPersons[0] ).Name = "NewName";
Debug.WriteLine( ( (Person ) arrPersons[0] ).Name );//It's "NewName"

　　很多人就问，为什么值类型不能修改，即

( (Person ) arrPersons[0] ).Name = "NewName";//Can't be compiled

　　而如上的接口类型就能修改呢，即

( (IPersonName)arrPersons[0] ).Name = "NewName";

　　这是由于产生的临时变量的类型不同，前者已经在前面进行说明了，后者由于产生的临时变量的类型为IPersonName，属于引用类型，那么相当于临时变量就是原对象的引用，那么对于对于它的修改会直接修改到原对象，因此是可以的。可以说这里的不同本身在于产生临时对象的类型不同，从而造成本质的区别。

　　通过接口来改写，这样就减少了装箱和拆箱操作，同时也保证了修改的正确性。不过要注意的是，这里接口对于的是引用类型，如果接口访问的或者返回的是值类型，那么用接口虽说能实现了，但是对于装箱和拆箱操作来说，并没有减少。

　　对于装箱和拆箱操作来说，基本上就讲完了，只要记住频繁装箱和拆箱操作会降低程序效率，因此在编写的时候要尽量避免。

 https://tig.qpic.cn/doc/2018腾讯移动游戏技术评审标准与实践案例.pdf

 Struct和Class的基本情况大致已经清楚，我们的真正目的是想知道如何架构我们的数据操作模块，才能充分地利用值类型和引用类型的，让效率最高（即装箱或拆线少，堆内存少）。

字符串拼接

数据结论

Struct在栈中不产生GC，class在堆中，会产生GC。对Struct的结点修改时，修改完以后记得重新赋值。因为Struct赋值是copy而不是引用，修改完以后，以前的不生效。

意义

堆栈的空间有限，对于大量的逻辑的对象，创建类要比创建结构好一些。结构表示轻量对象，并且结构的成本较低，适合处理大量短暂的对象。在表现抽象和多级别的对象层次时，类是最好的选择。大多数情况下该类型只是一些数据时，结构是最佳的选择。

 C# | Boxing And Unboxing - GeeksforGeeks https://www.geeksforgeeks.org/c-sharp-boxing-unboxing/

// C# implementation to demonstrate

// the Boxing

using System;

class GFG {

  

    // Main Method

    static public void Main()

    {

  

        // assigned int value

        // 2020 to num

        int num = 2020;

  

        // boxing

        object obj = num;

  

        // value of num to be change

        num = 100;

  

        System.Console.WriteLine

        ("Value - type value of num is : {0}", num);

        System.Console.WriteLine

        ("Object - type value of obj is : {0}", obj);

    }

 

Value - type value of num is : 100
Object - type value of obj is : 2020

// C# implementation to demonstrate

// the Unboxing

using System;

class GFG {

  

    // Main Method

    static public void Main()

    {

  

        // assigned int value

        // 23 to num

        int num = 23;

  

        // boxing

        object obj = num;

  

        // unboxing

        int i = (int)obj;

  

        // Display result

        Console.WriteLine("Value of ob object is : " + obj);

        Console.WriteLine("Value of i is : " + i);

    }

}

• Value of ob object is : 23
  Value of i is : 23