【C#】装箱 (boxing) 和拆箱 (unboxing)

1. 装箱和拆箱

装箱就是把“值类型”转换成“引用类型”；

拆箱就是把“引用类型”转换成“值类型”；

首先，我们要弄明白为什么需要装箱和拆箱。C#的所有类型，包括int、boo等，都继承自System.Object，但是却又有值类型和引用类型之分。这时你要问，int是继承自object类型的，object是引用类型，那为何int不是引用类型而是值类型的呢？这就涉及到装箱和拆箱的概念了。

我们知道对象是创建在堆上的，它的创建和销毁必然带来额外的CPU和内存消耗。如果将int，boo等微小而常用的数据类型都放在堆上创建和销毁，语言的性能将会被极大的限制，有时甚至是无法忍受的。C#将值类型和引用类型分开，值类型直接在栈中被创建，超过作用域后直接销毁。当需要值类型成为对象时，使用装箱操作，让值类型变为一个引用类型的对象。这样，我们就可以使用object作为通用的接口统一语言内的一切类型。

拆箱在MSDN官方文档里用的是 取消装箱。事实上拆箱是装箱的逆操作，也就是说我们只对装过箱的引用类型（通常是object对象）进行拆箱操作。单纯拆箱操作的后果无法设想的。

装箱和拆箱是C#的核心概念，C#利用其完成类型系统的统一。有了装箱，任何类型的值都可以视为一个对象。CLR在装箱时是将值类型包装到System.Object的内部，再将其存储到托管堆上。拆箱是从对象中提取值类型。装箱是隐式的而拆箱是显示的。

//装箱 boxing

int i = 3 ;  //分配在栈上

object o = i ;//隐式装箱操作，int i 在堆上

object b = (object)i ; //显示装箱操作

//拆箱 unboxing

int j = (int) o ;//显示拆箱（将对象o拆箱为int类型）

int k = b ;//error!!, 不能隐式拆箱

拆箱的操作包括

1，检查对象实例，以却确保它是给定值类型的装箱值。

2，将该值从实例复制到值类型变量中。

下面来看看这个例子：

int i=0;

System.Object obj=i;

Console.WriteLine(i+","+(int)obj);

其中共发生了3次装箱和一次拆箱！^_^，看出来了吧？！
第一次是将i装箱，第2次是输出的时候将i转换成string类型，而string类型为引用类型，即又是装箱，第三次装箱就是(int)obj的转换成string类型，装箱！
拆箱就是(int)obj，将obj拆箱！！

2. 深入理解装箱和拆箱

object o = 1 ;

这句话的IL代码如下：

.locals init (

　　[0] object objValue

　　) //以上三行IL表示声明object类型的名称为objValue的局部变量

　　IL_0000: nop

　　IL_0001: ldc.i4.s 1 //表示将整型数1放到栈顶

　　IL_0003: box [mscorlib]System.Int32 //执行IL box指令，在内存堆中申请System.Int32类型需要的堆空间

　　IL_0008: stloc.0 //弹出堆栈上的变量，将它存储到索引为0的局部变量中

注意注释的部分。执行装箱操作时不可避免的要在堆上申请内存空间，并将堆栈上的值类型数据复制到申请的堆内存空间上，这肯定是要消耗内存和cpu资源的。

object objValue = 4;

int value = (int)objValue;

同样，看看IL代码：

.locals init (

　　[0] object objValue,

　　[1] int32 'value'

　　) //上面IL声明两个局部变量object类型的objValue和int32类型的value变量

　　IL_0000: nop

　　IL_0001: ldc.i4.4 //将整型数字4压入栈

　　IL_0002: box [mscorlib]System.Int32 //执行IL box指令，在内存堆中申请System.Int32类型需要的堆空间

　　IL_0007: stloc.0 //弹出堆栈上的变量，将它存储到索引为0的局部变量中

　　IL_0008: ldloc.0//将索引为0的局部变量(即objValue变量)压入栈

　　IL_0009: unbox.any [mscorlib]System.Int32 //执行IL 拆箱指令unbox.any 将引用类型object转换成System.Int32类型

　　IL_000e: stloc.1 //将栈上的数据存储到索引为1的局部变量即value

拆箱操作的执行过程和装箱操作过程正好相反，是将存储在堆上的引用类型值转换为值类型并给值类型变量。装箱操作和拆箱操作是要额外耗费cpu和内存资源的，所以在c# 2.0之后引入了泛型来减少装箱操作和拆箱操作消耗。

3. int[] to object[]，值类型数组到对象数组的转化

我们不能直接把值类型的数组赋值给对象数组，例如：

 int[] array  = new int[] { 0 } ;

 object[] oiArray = (object[])array;//error!! 不能将int[] 转换到 object[]

 string[] a={"1","2","3"};

 object[] osArray = a ;//正确，a是引用类型数组，不存在装箱和拆箱

(object[])a无法将a所有的值类型对象“直接”转换为引用类型，所以编译器不会通过这个转换。可以使用如下的方式达到目的：

  int[] array  = new int[] { 0 } ;

  object[] oArray = new object[array.Length];

  for(int i =0 ; i< array.Length ; i++)

  {

     oArray[i] = array[i]; //隐式装箱

  }

4. 使用泛型减少装箱和拆箱

有时说使用泛型能提高C#程序的性能，有一部分性能的提升是由减少了装箱和拆箱带来的。考察下面的代码：

public class Test

{

    object _o  ;

    public Test(object o)

    {

	_o = o ;

    }

}

public class Test<T>

{

    T _o ;

    public Test(T o)

    {

        _o = o ;

    }

}

第一个Test类中没有使用泛型，如果将一个int类型的值传入Test，将会引发多次的装箱和拆箱操作。而泛型类在实例化时已经明确了类型，复制操作时就不会有装箱和拆箱操作了。

引用：

1. 玉开 http://www.cnblogs.com/yukaizhao/archive/2011/10/18/csharp_box_unbox_1.html

2. MSDN https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/yz2be5wk.aspx