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南京軟件開發(fā)之C#裝箱與拆箱

發(fā)布時(shí)間:Mar 04, 2021         已有 人瀏覽

C# 的裝箱與拆箱

  裝箱:將值類型(如 int ,或自定義的值類型等)轉(zhuǎn)換成 object 或者接口類型的一個(gè)過程。當(dāng) CLR 對(duì)值類型進(jìn)行裝箱時(shí),會(huì)將該值包裝為 System.Object 類型,再將包裝后的對(duì)象存儲(chǔ)在堆上。 拆箱就是從對(duì)象中提取對(duì)應(yīng)的值類型的一個(gè)過程。

  裝箱是隱式的;拆箱必定是顯式的。 

  與簡(jiǎn)單的賦值操作相比,裝箱和拆箱都需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算。對(duì)值類型進(jìn)行裝箱時(shí),CLR 必須重新分配一個(gè)新的對(duì)象。拆箱所需的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換也需要進(jìn)行大量的計(jì)算,兩者相比,僅僅是程度不高,并且也可能會(huì)出現(xiàn)類型轉(zhuǎn)換發(fā)生的異常情形。如果你的操作正處于循環(huán)的中心,通過測(cè)試(如:Stopwatch),你會(huì)很明顯的感覺到性能問題。

  .NET 2.0 引入的泛型其實(shí)在很大的程度上解決了裝拆箱產(chǎn)生的類型轉(zhuǎn)換問題,也減少了類型轉(zhuǎn)換所引起的運(yùn)行時(shí)的異常,及保證了類型安全,從而提高了性能。
        static void Main(string[] args)
        {
            var i = 123;    //System.Int32

            //對(duì) i 裝箱(隱式)
            object obj = i;

            //對(duì) obj 進(jìn)行拆箱(顯式)
            i = (int)obj;

            Console.Read();
        }

  在這里,我先將變量 i (int 類型)進(jìn)行了裝箱,并分配給對(duì)象 obj。其次,再次將對(duì)象 obj 進(jìn)行拆箱(即強(qiáng)轉(zhuǎn))并重新給變量 i(int 類型)賦值。

 

  直接通過反編譯得到的 IL 代碼,從 box 和 unbox 這兩個(gè)指令也可以看出具體在哪一步發(fā)生裝箱和拆箱操作。

 

值類型和引用類型

  值類型和引用類型,這兩者本來沒有多大的聯(lián)系(可能就是基類為 object),設(shè)計(jì)人員通過一種名為裝拆箱的操作使得這兩種類型創(chuàng)建了新的聯(lián)系,讓任何值類型都可以當(dāng)成對(duì)象(引用)類型來進(jìn)行操作。

  裝拆箱其實(shí)就是值類型和引用類型兩者之間的類型轉(zhuǎn)換操作。這里,我簡(jiǎn)單梳理一下這兩種類型:

  (1)值類型:整型:Int;長(zhǎng)整型:long;浮點(diǎn)型:float;字符型:char;布爾型:bool;枚舉:enum;結(jié)構(gòu):struct;它們統(tǒng)一繼承  System.ValueType。

  (2)引用類型:數(shù)組,用戶定義的類、接口、委托,object,字符串等。

  (3)簡(jiǎn)單的堆棧圖:

 

 

裝箱

  裝箱就是值類型到 object 類型或者到該值類型所實(shí)現(xiàn)的接口類型所實(shí)現(xiàn)的一個(gè)隱式轉(zhuǎn)換過程(可顯式)。裝箱的時(shí)候會(huì)在堆中自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象實(shí)例,然后將該值復(fù)制到新對(duì)象內(nèi)。

    var i = 123;    //System.Int32

    //對(duì) i 裝箱(隱式)進(jìn)對(duì)象 o
    object o = i;

  

  從圖可知,對(duì)象 o 存的是地址引用,指向的是堆上的值,這個(gè)值的類型和變量 i 一樣,也是 int 類型,值(123)也就是從變量 i Copy 過來的一個(gè)副本值而已。

  【備注】裝箱默認(rèn)是隱式的,當(dāng)然,你可以選擇顯式,但這并不是必須的。

 

拆箱

  拆箱是從 object 類型到值類型,或從接口類型到實(shí)現(xiàn)該接口的值類型的顯式轉(zhuǎn)換的一個(gè)過程。

  拆箱:檢查對(duì)象實(shí)例,確保它是給定值類型的一個(gè)裝箱值后,再將該值從實(shí)例復(fù)制到值類型變量中。

    int i = 123;      // 值類型
    object o = i;     // 裝箱
    int j = (int)o;   // 拆箱

  要在運(yùn)行時(shí)成功拆箱值類型,被拆箱的項(xiàng)必須是對(duì)一個(gè)對(duì)象的引用,該對(duì)象是先前通過裝箱該值類型的實(shí)例創(chuàng)建的。

   

  拆箱時(shí)需要注意,轉(zhuǎn)換出現(xiàn)異常的情形:

  雖然,decimal 類型可以直接強(qiáng)轉(zhuǎn)為 int 類型,但從調(diào)式的結(jié)果來看,拆箱時(shí)是會(huì)引發(fā)“轉(zhuǎn)換無效”的異常。要記住,拆箱時(shí)強(qiáng)轉(zhuǎn)的值類型,應(yīng)以裝箱時(shí)的值類型一致。

 

讀者見解

   深藍(lán)醫(yī)生:簡(jiǎn)單說,裝箱就是把值類型變成引用類型使用;拆箱就是將引用類型變成值類型使用。然而,大量使用值類型會(huì)引起變量值的大量拷貝,反而降低運(yùn)行效率。所以裝箱沒有那么可怕,這可以通過 EF的code first和SOD框架的code first代碼進(jìn)行測(cè)試(要有業(yè)務(wù)層代碼這種),雖然SOD框架的實(shí)體類看起來都是“裝箱”過的,但是它的性能不會(huì)輸給EF。

   lulianqi15:最后加的一句注意(decimal 類型可以直接強(qiáng)轉(zhuǎn)為 int 類型........應(yīng)以裝箱時(shí)的值類型一致),其實(shí)不太嚴(yán)謹(jǐn),decimal 128位,想想都不可能無緣無故轉(zhuǎn)換成32位的數(shù)據(jù),之所以能強(qiáng)制轉(zhuǎn)換,是因?yàn)镈ecimal 自己實(shí)現(xiàn)了自定義強(qiáng)制轉(zhuǎn)換public static explicit operator int(decimal value)。回到最后例子的報(bào)錯(cuò),JIT肯定是知道obj是Decimal(因?yàn)镈ecimal數(shù)據(jù)移動(dòng)到托管堆上后后還額外為其添加了類型對(duì)象指針及同步塊索引,所以即使obj在ide里申明為object,不過jit是知道他就是Decimal)之所以發(fā)生異常的原因是CLR認(rèn)為在生成il時(shí)就認(rèn)為obj是object類型,而object沒有實(shí)現(xiàn)explicit 指定重載(當(dāng)然可以自己實(shí)現(xiàn))。所以就調(diào)用了object默認(rèn)的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換,檢查類型指針的時(shí)候發(fā)現(xiàn)不合法就報(bào)錯(cuò)了,那如果認(rèn)可Decimal可以強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為int,說到底最后在強(qiáng)制轉(zhuǎn)換報(bào)錯(cuò)的根本原因也只是object沒有實(shí)現(xiàn)explicit 指定重載。如果自定義類型自己實(shí)現(xiàn)了explicit,那在轉(zhuǎn)換時(shí)也不用保證其運(yùn)行時(shí)類型與要轉(zhuǎn)換的類型一致。


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