C# 装箱与取消装箱

[TOC]

## 1. 装箱与取消装箱

装箱是将值类型转换为 object 类型或由此值类型实现的任何接口类型的过程。 常见语言运行时 (CLR) 对值类型进行装箱时，会将值包装在 System.Object 实例中并将其存储在托管堆中。 取消装箱将从对象中提取值类型。 装箱是`隐式`的；取消装箱是`显式`的

```csharp
public static string Example()
{
    int i = 10;
    object o = i;  // 装箱
    int j = (int)o // 拆箱
    msg = $"i={i},j={j}";
    return msg;
}
```

### 1.1. 装箱

装箱用于在垃圾回收堆中存储值类型。 装箱是值类型到 object 类型或到此值类型所实现的任何接口类型的隐式转换。 对值类型装箱会在堆中分配一个对象实例，并将该值复制到新的对象中。

上面示例中的 <mark> object o = i </mark> 就是一个装箱的过程，此语句的结果是在堆栈上创建对象引用 o，而在堆上则引用 int 类型的值。 该值是赋给变量 i 的值类型值的一个副本。 以下装箱转换图说明了 i 和 o 这两个变量之间的差异

![](/UploadFlie/MarkdownImg/20240220/202402200306335503.gif)

**示例：**

```csharp
public static string Example()
{
    int i = 10;
    object o = i;
    i = 20;
    msg = $"i={i},o={o}";
    return msg;  // 输出i=20,o=20
}
```

示例表明原始值类型和装箱的对象使用不同的内存位置，因此能够存储不同的值。

### 1.2. 取消装箱

取消装箱是从 object 类型到值类型或从接口类型到实现该接口的值类型的显式转换。 取消装箱操作包括：

+ 检查对象实例，以确保它是给定值类型的装箱值。

+ 将该值从实例复制到值类型变量中

在最开始的示例中 <mark> int j = (int)o </mark> 语句是一个取消装修的过程，以下拆箱转换图说明了 i 和 j 和 o 这两个变量之间的差异

![](/UploadFlie/MarkdownImg/20240220/202402200349427847.gif)

要在运行时成功取消装箱值类型，被取消装箱的项必须是对一个对象的引用，该对象是先前通过装箱该值类型的实例创建的。 尝试取消装箱 null 会导致 NullReferenceException。 尝试取消装箱对不兼容值类型的引用会导致 InvalidCastException。

**示例：**InvalidCastException错误的一个示例

```csharp
class TestUnboxing
{
    static void Main()
    {
        int i = 123;
        object o = i;
        try
        {
            int j = (short)o;   // 将此语句改成 int j = (int)o 就能正常运行
            System.Console.WriteLine("Unboxing OK.");
        }
        catch (System.InvalidCastException e)
        {
            System.Console.WriteLine("{0} Error: Incorrect unboxing.", e.Message);   // 输出：Specified cast is not valid. Error: Incorrect unboxing.
        }
    }
}
```

### 1.3. 性能

相对于简单的赋值而言，装箱和取消装箱过程需要进行大量的计算。 对值类型进行装箱时，必须分配并构造一个新对象。 取消装箱所需的强制转换也需要进行大量的计算，只是程度较轻。

> Tips：如果值类型必须被频繁装箱，那么在这些情况下最好避免使用值类型（例如在诸如 `System.Collections.ArrayList` 的非泛型集合类中）。 可通过使用泛型集合（例如 `System.Collections.Generic.List<T>`）来避免装箱值类型。 装箱和取消装箱过程需要进行大量的计算。 对值类型进行装箱时，必须创建一个全新的对象。 这可能比简单的引用赋值用时最多长 20 倍。 取消装箱的过程所需时间可达赋值操作的4倍

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## 参考资料

> [【装箱和取消装箱（C# 编程指南）】](https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/programming-guide/types/boxing-and-unboxing)