C#基础知识整理 基础知识（18） 值类型的装箱和拆箱（一）

仔细了解装箱和拆箱其实是很有趣的，首先来看为什么会装箱和拆箱呢？
看下面一段代码：

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ArrayList array = new ArrayList();

            Point p;//分配一个

            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                p.x = i;//初始化值

                p.y = i;

                array.Add(p);//装箱
            }
        }
    }

    public struct Point
    {
        public Int32 x;

        public Int32 y;
    }

 循环5次，每次都初始化一个Point值类型字段，然后放到ArrayList中。Struct是一个值类型的结构，那么ArrayList中存的什么呢？我们再看一下ArrayList的Add方法。MSDN中可以看到Add方法：
 public virtual int Add(Object value)，
 可以看出Add的参数是Object类型，也就是它需要的参数是一个对象的引用。也就是说这里的参数必须是引用类型。至于何为引用类型，就不必细说了，无非就是堆上的一个对象的引用。不过在这里为了方便理解，再次说一下堆和栈。
 　1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。
　 2、堆区（heap）— 由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。
例如下面：

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Int32 n;//这是值类型，存放在栈中，Int32初始值为0
            
            A a;//此时在栈中开辟了空间

            a = new A();//真正实例化后的一个对象则保存在堆中。
        }
    }

    public class A
    {
        public A() { }
    }

再回到上面的问题中，Add方法需要引用类型的参数，怎么办呢？那就要用到装箱，所谓装箱，就是将一个值类型转换为一个引用类型。转换的过程是这样的：
 1、在托管堆中分配好内存。分配的内存量是值类型的各个字段需要的内存量加上托管堆的所有对象都有的两个额外成员（类型对象指针和同步块索引）需要的内存量。
 2、值类型的字段复制到新分配的对内存。
 3、返回对象的地址。此时，这个地址是对一个对象的引用，值类型现在已经转换为了一个引用类型。
 这样，在Add方法中，保存的是一个被装箱的Point对象的引用。装箱后的这个对象会一直在堆中，知道程序员处理或者系统垃圾回收。这时，已装箱的值类型的生存周期超过了未装箱的值类型的生存周期。
 有了上面的装箱，自然就需要拆箱了，如果要取出array的第0个：
 Point p = (Point)array[0];
 这里要做的是，获取ArrayList的元素0的引用，将其放到Point值类型p中。为了达到这个目的，如何实现呢，首先，获取已装箱的Point对象的各个Point字段的地址。这就是拆箱。然后，将这些字段包含的值从堆中复制到基于栈的值类型实例中。拆箱其实就是获取一个引用的过程，该引用指向包含在一个对象中的原始值类型。事实上，引用指向的是已装箱实例中的未装箱部分。因此和装箱不同，拆箱不需要在内存中复制任何字节。不过还有一点，拆箱后紧接着发生一次字段的复制操作。
 所以装箱和拆箱会对程序的速度和内存消耗造成不利影响，所以要注意什么时候程序会自动进行装箱/拆箱操作，在写代码时要尽量避免这些情况。
 拆箱时，要注意下面的异常：
 1、如果包含了“对已装箱值类型实例的引用”的变量为null，会抛出NullReferenceException。
 2、如果引用指向的对象不是所期待的值类型的已装箱实例，会抛出InvalidCastException。
 例如如下代码片段：

             Int32 x = 5;

            Object o = x;

            Int16 r = (Int16)o;//抛出InvalidCastException异常

因为拆箱时候只能将其转换为原来未装箱时的值类型。对上述代码修改为：

             Int32 x = 5;

            Object o = x;

            //Int16 r = (Int16)o;//抛出InvalidCastException异常

            Int16 r = (Int16)(Int32)o;

此时正确。
在拆箱后，会发生一次字段复制，如下代码：

            //会发生字段复制
            Point p1;

            p1.x = 1;

            p1.y = 2;

            Object o = p1;//装箱，发生复制

            p1 = (Point)o;//拆箱，并将字段从已装箱的实例复制到栈中

再看如下代码段：

            //要改变已装箱的值

            Point p2;

            p2.x = 10;

            p2.y = 20;

            Object o = p2;//装箱

            p2 = (Point)o;//拆箱

            p2.x = 40;//改变栈中变量的值

            o = p2;//再一次装箱，o引用新的已装箱实例

这里的目的是要将装箱后的p2的x值改为40，这样，就需要先拆一次箱，执行一次复制字段到栈中，在栈中改变字段的值，然后执行一次装箱，这时又要在堆上创建一个全新的已装箱实例。由此也我们也看到装箱/拆箱和复制对程序性能的影响。
下面再看几个装箱拆箱的代码段：

            //装箱拆箱演示
            Int32 v = 5;

            Object o = v;

            v = 123;

            Console.WriteLine(v + "," + (Int32)o);

这里发生了3次装箱，可明显看出的是

            Object o = v;

            v = 123;

但是在Console.WriteLine里还发生了一次装箱，为什么呢？因为这里的WriteLine中是string类型的参数，而string大家都知道是引用类型的，所以(Int32)o在这里还要进行一次装箱。在这里再次说明了在程序中使用+号连接字符串的问题，连接的时候有几个值类型，那么就要进行几次装箱操作。
不过，上述代码可以修改：

            //修改后
            Console.WriteLine(v.ToString() + "," + o);

这样就没有装箱了。
再看如下代码：

 Int32 v = 5;

            Object o = v;

            v = 123;

            Console.WriteLine(v);

            v = (Int32)o;

            Console.WriteLine(v);

这里只发生了一次装箱，即Object o = v这里，而Console.WriteLine由于重载了int，bool，double等，所以这里并不发生装箱。

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