学习笔记-拆箱与装箱

微笑 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。

大笑 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)

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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:

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大笑 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;

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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:

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吐舌笑脸 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:

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再看看IL代码,可以准确的得到装箱的次数:

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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);

 

类型对象指针:指向类型对象存储的地址,假如有一个类型Person,它在堆中有一块区域存储它内部的字段和成员以及两个额外成员(类型对象指针、 同步块索引 ),类型对象的类型对象指针指向的是System.Type的地址。

 

因为Person类型在内存中相对于System.Type也是作为一个对象存在的,System.Type类型也是一个类型对象,它的类型对象指针指向本身;

 

实例化一个Person对象,Person p = new Person(); p对象在内存堆中也分配一块区域存储它内部的字段和成员以及两个额外成员(类型对象指针、 同步块索引 ),p的类型对象指针指向Person类型在堆中的地址。

 

 

 

同步块索引:先说一下同步块,.NET团队在设计基本框架时充分考虑了线程同步的问题,其结果就是.NET为每一个堆内对象都提供了支持线程同步的功能,这就是同步机制的雏形【参考:http://genwoxuedotnet.blog.51cto.com/1852748/504107

 

但是对每个堆内对象都分配同步块有一个较大的弊端,就是这样增大了内存的消耗。在一般的系统中,需要同步机制支持的对象可能只占少数,这样对于大多数对象来说,一个同步块的内存消耗就完全被浪费了。鉴于这一点,.NET框架采用了一种折中的办法,就是实际只为每个堆内对象分配一个同步索引,该索引中只保存一个表明数组内索引的整数。.NET在加载时会新建一个同步块数组,当某个对象需要被同步时,.NET会为其分配一个同步块,并且把该同步块在同步块数组中的索引加入该对象的同步块索引中。

 

同步块机制包含如下的几点:

· 在.NET被加载时初始化同步块数组。

· 每一个被分配在堆上的对象都会包含两个额外的字段,其中一个存储类型指针,而另外一个就是同步块索引,初始时被赋值为-1

· 当一个线程试图使用该对象进入同步时,会检查该对象的同步索引。如果索引为负数,则会在同步块数组中寻找或者新建一个同步块,并且把同步块的索引值写入该对象的同步索引中。如果该对象的同步索引不为负值,则找到该对象的同步块并且检查是否有其他线程在使用该同步块,如果有则进入等待状态,如果没有则申明使用该同步块。

 

同步块是指.NET维护的同步块数组中的某个元素

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