C#中的實值型別及裝箱[翻譯]

我翻譯這篇文章寫得很好，解釋得很清楚，尤其是其圖文，讓人思路清晰，比MS提供的SDK上請的好懂多了，反正我當年看了好幾次還似懂非懂的。我還會翻譯我關於C#中的堆與棧的一個系列文章（共四篇），敬請期待哦。

The C# Value Type and Boxing

Matthew Cochran

儘管在.NET架構裡，我們不需要為記憶體管理以及垃圾收集操心，但我們還是應該瞭解它們，來最佳化我們的應用程式。其中之一便是，公用語言運行環境（CLR）是如何處理對實值型別的引用的。

當一個實值型別執行個體被轉換成System.Object類型或是介面時，CLR需要把實值型別轉換為一個恰當的參考型別。然後在託管堆上分配記憶體並將對象拷上去。我們之所以要瞭解它，有兩個原因：裝箱是一個非常耗費資源的過程（將整個對象從棧上拷到堆上會耗費處理器周期以及託管堆空間），我們因此（裝箱）而有了兩個在記憶體中可以有相矛盾狀態的對象。

這是一個簡單的裝箱的例子。

int i = 0;

object obj = (object) i;     //裝箱
obj = ((int) i) + 3;     // 在堆上改變i的值
i += 1;     // 在棧上改變i的值 

Console.WriteLine(obj.ToString());
Console.WriteLine(i.ToString());

結果：

 

下面來一步一步分析這一過程

第一步：i 被放放置在棧上

 

第二步：i 被拷到堆上（裝箱）並將 obj 放到棧上，obj 的值是在堆上的新對象的內在地址（即指標）

 

第三步：在堆上的對象被更新，值變為3

第四步：在棧上的對象 i 被更新，值變為1

下面是一個更複雜的例子：

class Class1

{

    [STAThread]

    static void Main(string[] args)

    {

        MyInt test = new MyInt();

        test.value = 100;

        test.AddOne();

        aDelegate del = new aDelegate(test.AddOne);

        del();

        test.AddOne();

    }

}

public delegate void aDelegate();

public struct MyInt

{

    public int value;

    public void AddOne()

    {

        Console.WriteLine(string.Format("Before: {0}", value.ToString()));

        value += 1;

        Console.WriteLine(string.Format("After : {0}", value.ToString()));

    }

}

下面是輸出

結果有沒有讓你感意外？發生了什嗎？讓我們來分析一下它的過程。在Main()和args[]被置於棧上後，主函數開始執行：

第一步：test被置於棧上

第二步：AddOne()被置於棧上並執行，將Mint.value的值變為101;

第三步：AddOne()被從棧上移除，Myint被裝箱（拷）到堆上。現在Del指向MyInt對象在堆上的版本。

第四步：裝箱的對象的AddOne()被調用，將其值更新為102.

第五步：來自堆的AddOne()被移除

第六步：Myint對象在棧上的版本(即test)的AddOne()入棧，將其值變為102.

最後：主函數執行完畢，棧被清空。而留在堆上的對象則等待被記憶體回收。

下面讓我們做一個改變，來提高我們的應用程式的效能，並使其結果更符合我們的意願。如果我們將MyInt改為參考型別，我們就只需處理在堆上的一個對象並且沒有裝箱的過程。

public class MyInt

{

    public int value;

    public void AddOne()

    {

        Console.WriteLine(string.Format("Before: {0}", value.ToString()));

        value += 1;

        Console.WriteLine(string.Format("After : {0}", value.ToString()));

    }

}

修改後，我們得到了我們期望的結果：

Before: 100
After : 101
Before: 101
After : 102
Before: 102
After : 103

總結

當我們在一個實值型別上調用ToString()或是GetType()，會有更多的意想不到的裝箱過程。因為在這種情況下，方法是從基類（System.Object）被調用，所以必需經過裝箱過程後，方法才能被調用。當我們將實值型別加入ArrayList()（在這種情況下它們被類型轉換為System.Object）時也會發生裝箱過程。你可以想象，當裝箱過程大規模發生時，將會嚴重影響程式的效能。

希望這篇文章能讓你對實值型別的裝箱過程，以及在通過引用如介面、委託或Arralist來處理實值型別時應注意些什麼有更好的理解。