C#基础复习（2） 之 装箱拆箱

参考资料

[1] @只增笑耳Jason的回答 https://www.zhihu.com/question/57208269
[2] 《C# 捷径教程》

疑难解答

1. 装箱和拆箱是什么？
2. 何时发生装箱与拆箱？
3. 装箱与拆箱的效率如何？

装箱和拆箱是什么？

在C#中，装箱和拆箱发生在值类型与引用类型之间。当我们把一个值类型转换成引用类型时，就发生了装箱操作。反之，当我们将一个引用类型转换成值类型时，就发生了拆箱操作。对于值类型和引用类型，感觉《C# 捷径教程》中讲的比较详尽（当然也可以参考我上一篇写的关于值类型与引用类型的文章）：

你用类来定义对象，用结构来定义值。二者之间存在一个清晰的界限。对象存活在有垃圾回收的内存堆上。值通常存活在临时的存储空间里，比如栈。前面提到过的一个显著的例外就是，如果值类型作为一个字段被包含在一个对象中，那它就可以存活在堆上。它不是自治的，GC不直接控制它的生命周期。

对于装箱拆箱，知乎上有个答主感觉回答的很精辟：

简单地讲装箱就是把一个放在stack上的值移动到heap上，拆箱正好相反

如下代码展示了一个较为典型的装箱操作：

1 class BoxAndUnBox{
2 
3     public static void Main(string[] args) {
4         int a = 1;
5 
6         Print(a);   // =>在此处值类型a被装箱为object类型
7     }
8 
9     static void Print(object obj) {
10         Console.WriteLine(obj);
11     }
12 }

在第6行处发生了装箱操作，变量a为值类型int，给a分配的空间在本地栈上。而Print方法接受一个对象引用，这个对象引用是一个指向基于堆的对象的引用。

当我们将值类型传入该方法时，就发生了装箱操作，《C# 捷径教程》对此是这样描述的：

CLR创建了一个运行时包装器类来包含这个值类型的副本。包装器类的实例存活在对上，通常称为装箱对象。这是CLR来联系值类型和引用类型之间间隔的方法。

其中在第六行发生的操作如下图所示。

被装箱后，关键的点是箱子内的值是初始值的副本，这意味着我们就算对箱子内的值进行更改，也不会影响到初始值（但并不总是这样，如果使用接口类型进行装箱，则修改原始值是可能的）。

何时发生装箱与拆箱？

根据《C# 捷径教程》所说，当以下任意转换发生时，值类型就被装箱。

1. 从值类型转换成对对象引用
2. 从值类型转换成System.ValueType引用
3. 从值类型转换成指向值类型实现的接口的引用
4. 从枚举类型转换成System.Enum引用

第三种情况光看文字描述可能不太清楚，下面上代码。

1 public interface IPrint {
2     void Print();
3 }
4 
5 public struct Value : IPrint {
6 
7     public int x;
8 
9     public Value(int x) {
10         this.x = x;
11     }
12 
13     public void Print() {
14         Console.WriteLine(x);
15     }
16 }
17 
18 class BoxAndUnBox{
19     public static void Main(string[] args) {
20         Value value = new Value(3);
21         IPrint print = value;
22         print.Print();
23     }
24 }

其中在第21行，值类型value被装箱为IPrint接口类型。这个过程是隐式的，事实上，如果我们直接通过value.Print()来调用方法，则不会发生装箱。

对于拆箱操作，其发生时机恰好与装箱操作相反，当以下任意转换发生时，引用类型就被拆箱为值类型。

1. 从引用类型强制转回到值类型
2. 从System.ValueType类型转换成值类型
3. 从指向值类型实现的接口的引用类型转换成值类型
4. 从System.Enum引用类型转换成值类型

装箱与拆箱的效率如何？

先说结论，装箱是低效的，对于拆箱，CLR的拆箱操作本身并不是低效的，低效的根源在于C#通常把拆箱操作和一个对值复制的操作组合在一起。

在C#中，大部分装箱操作都是隐式的，举个例子，当我们将一连串的整型（值类型）插入到ArrayList（非泛型版本）中去时，每插入一次，都是一次装箱操作。

那么如何避免装箱拆箱呢？一个有效的方法是使用泛型，C#中有武装到牙齿的泛型，对于上述向列表插入的值的方法，完全可以使用List来进行替代。