.NET基础知识(02)-拆箱与装箱

装箱和拆箱几乎是所有面试题中必考之一,看上去简单,就往往容易被忽视。其实它一点都不简单的，一个简单的问题也可以从多个层次来解读。

常见面试题目:

1.什么是拆箱和装箱？

2.什么是箱子？

3.箱子放在哪里？

4.装箱和拆箱有什么性能影响？

5.如何避免隐身装箱？

6.箱子的基本结构？

7.装箱的过程？

8.拆箱的过程？

9.下面这段代码输出什么？共发生多少次装箱？多少次拆箱？

int i = 5;
object obj = i;
IFormattable ftt = i;
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(i, obj));
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(i, ftt));
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(ftt, obj));
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(i, (int)obj));
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(i, (int)ftt));

深入浅出装箱与拆箱

有拆必有装，有装必有拆。

在上一文中我们提到，所有值类型都是继承自System.ValueType，而System.ValueType又是来自何方呢，不难发现System.ValueType继承自System.Object。因此Object是.NET中的万物之源，几乎所有类型都来自她，这是装箱与拆箱的基础。

特别注意的是，本文与上一文有直接关联，需要先了解上一文中值类型与引用类型的原理，才可以更好理解本文的内容。

基本概念

拆箱与装箱就是值类型与引用类型的转换，她是值类型和引用类型之间的桥梁，他们可以相互转换的一个基本前提就是上面所说的：Object是.NET中的万物之源

先看看一个小小的实例代码：

            int x = 1023;
            object o = x; //装箱
            int y = (int) o; //拆箱

装箱：值类型转换为引用对象，一般是转换为System.Object类型或值类型实现的接口引用类型；

拆箱：引用类型转换为值类型，注意，这里的引用类型只能是被装箱的引用类型对象；

由于值类型和引用类型在内存分配的不同，从内存执行角度看，拆箱与装箱就势必存在内存的分配与数据的拷贝等操作，这也是装箱与拆箱性能影响的根源。

装箱的过程

int x = 1023;
object o = x; //装箱

装箱就是把值类型转换为引用类型，具体过程：

1.在堆中申请内存，内存大小为值类型的大小，再加上额外固定空间（引用类型的标配：TypeHandle和同步索引块）；
2.将值类型的字段值（x=1023）拷贝新分配的内存中；
3.返回新引用对象的地址（给引用变量object o）

如上图所示，装箱后内存有两个对象：一个是值类型变量x，另一个就是新引用对象o。装箱对应的IL指令为box，上面装箱的IL代码如下图：

拆箱的过程

int x = 1023;
object o = x; //装箱
int y = (int) o; //拆箱

明白了装箱，拆箱就是装箱相反的过程，简单的说是把装箱后的引用类型转换为值类型。具体过程：

1.检查实例对象（object o）是否有效，如是否为null，其装箱的类型与拆箱的类型（int）是否一致，如检测不合法，抛出异常；
2.指针返回，就是获取装箱对象（object o）中值类型字段值的地址；
3.字段拷贝，把装箱对象（object o）中值类型字段值拷贝到栈上，意思就是创建一个新的值类型变量来存储拆箱后的值；

如上图所示，拆箱后，得到一个新的值类型变量y，拆箱对应的IL指令为unbox，拆箱的IL代码如下：

装箱与拆箱总结及性能

装的的什么？拆的又是什么？什么是箱子？

通过上面深入了解了装箱与拆箱的原理，不难理解，只有值类型可以装箱，拆的就是装箱后的引用对象，箱子就是一个存放了值类型字段的引用对象实例，箱子存储在托管堆上。只有值类型才有装箱、拆箱两个状态，而引用类型一直都在箱子里。

关于性能

之所以关注装箱与拆箱，主要原因就是他们的性能问题，而且在日常编码中，经常有装箱与拆箱的操作，而且这些装箱与拆箱的操作往往是在不经意时发生。一般来说，装箱的性能开销更大，这不难理解，因为引用对象的分配更加复杂，成本也更高，值类型分配在栈上，分配和释放的效率都很高。装箱过程是需要创建一个新的引用类型对象实例，拆箱过程需要创建一个值类型字段，开销更低。

为了尽量避免这种性能损失，尽量使用泛型，在代码编写中也尽量避免隐式装箱。

什么是隐式装箱？如何避免？

就是不经意的代码导致多次重复的装箱操作，看看代码就好理解了

int x = 100;
ArrayList arr = new ArrayList(3);
arr.Add(x);
arr.Add(x);
arr.Add(x);

这段代码共有多少次装箱呢？看看Add方法的定义：

再看看IL代码，可以准确的得到装箱的次数：

显示装箱可以避免隐式装箱，下面修改后的代码就只有一次装箱了。

int x = 100;
ArrayList arr = new ArrayList(3);
object o = x;
arr.Add(o);
arr.Add(o);
arr.Add(o);

题目答案解析:

1.什么是拆箱和装箱？

装箱就是值类型转换为引用类型，拆箱就是引用类型（被装箱的对象）转换为值类型。

2.什么是箱子？

就是引用类型对象。

3.箱子放在哪里？

托管堆上。

4.装箱和拆箱有什么性能影响？

装箱和拆箱都涉及到内存的分配和对象的创建，有较大的性能影响。

5.如何避免隐身装箱？

编码中，多使用泛型、显示装箱。

6.箱子的基本结构？

上面说了，箱子就是一个引用类型对象，因此她的结构，主要包含两部分：

值类型字段值；
引用类型的标准配置，引用对象的额外空间：TypeHandle和同步索引块，关于这两个概念在本系列后面的文章会深入探讨。

7.装箱的过程？

1.在堆中申请内存，内存大小为值类型的大小，再加上额外固定空间（引用类型的标配：TypeHandle和同步索引块）；
2.将值类型的字段值（x=1023）拷贝新分配的内存中；
3.返回新引用对象的地址（给引用变量object o）

8.拆箱的过程？

1.检查实例对象（object o）是否有效，如是否为null，其装箱的类型与拆箱的类型（int）是否一致，如检测不合法，抛出异常；
2.指针返回，就是获取装箱对象（object o）中值类型字段值的地址；
3.字段拷贝，把装箱对象（object o）中值类型字段值拷贝到栈上，意思就是创建一个新的值类型变量来存储拆箱后的值；

9.下面这段代码输出什么？共发生多少次装箱？多少次拆箱？

int i = 5;
object obj = i;
IFormattable ftt = i;
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(i, obj));
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(i, ftt));
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(ftt, obj));
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(i, (int)obj));
Console.WriteLine(System.Object.ReferenceEquals(i, (int)ftt));

上面代码输出如下，至于发生多少次装箱多少次拆箱，你猜？

False
False
False
False
False

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