《Effective C#》之减少装箱和拆箱

zyf1992424

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2016-02-19 14:10

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为了便于文章的开展,首先介绍装箱(Boxing)和拆箱(Unboxing)这两个名词。.Net的类型分为两种,一种是值类型,另一种是引用类型。这两个类型的本质区别,值类型数据是分配在栈中,而引用类型数据分配在堆上。那么如果要把一个值类型数据放到堆上,就需要装箱操作;反之,把一个放在堆上的值类型数据取出来,则需要进行拆箱操作。

  例如,对于如下简单的装箱和拆箱操作语句。

  int i = 123;
  object obj = i;//Boxing
  if( obj is int )
  int j = (int) obj;//Unboxing
  为了,更好的诠释装箱和拆箱操作,我借用MSDN关于“Boxing”的解释图,具体如下。

  

  明白了这两名词的意思,现在说说为什么要减少装箱和拆箱操作。

  原因有两个,主要是关于效率:一个就是对于堆的操作效率比较低;另一个就是对于堆上分配的内存资源,需要GC来回收,从而降低程序效率。

  考虑到这两点因素,那么需要在程序中减少装箱和拆箱操作。

  如何减少呢,涉及到这两个操作比较多的是,格式化输出操作,例如:String.Format,Console.WriteLine之类的语句。

  例如:

Console.WriteLine( "Number list:{0}, {1}, {2}",1,2,3 );  
  对于“1,2,3”来说,相当于前面的“123”一样,需要经过装箱和拆箱两个操作。那么如何避免呢,其实只要向WriteLine传递引用类型数据即可,也就是按照如下的方式。

  Console.WriteLine( "Number list:{0}, {1}, {2}", 1.ToString(),2.ToString(),3.ToString() );
  由于“1.ToString()”的结果是String类型,属于引用类型,因此不牵扯装箱和拆箱操作。

  其次,牵扯到装箱和拆箱操作比较多的就是在集合中,例如:ArrayList或者HashTable之类。

  把值类型数据放到集合中,可能会出现潜在错误。例如:

public struct Person
{
 private string _Name;
 public string Name
 {
  get{ return _Name; }
  set{ _Name = value; }
 }
 public Person( string PersonName )
 {
  _Name = PersonName;
 }

 public override string ToString()
 {
  return _Name;
 }
}

// Using the person in a collection

ArrayList arrPersons = new ArrayList();
Person p = new Person( "OldName" );
arrPersons.Add( p );

// Try to change the name

p = ( Person ) arrPersons[0] ;
p.Name = "NewName";
Debug.WriteLine( ( (Person ) arrPersons[0] ).Name );//It's "OldName"
  这个问题其实在前面的文章中已经讲过了。有人可能会说,是否可以按照如下的方式去修改呢。

( (Person ) arrPersons[0] ).Name = "NewName";//Can't be compiled  
  很不幸,如上操作不能通过编译。为什么呢,对于“( (Person ) arrPersons[0] )”来说,是系统用一个临时变量来接收拆箱后的值类型数据,那么由于值类型是分配在栈上,那么操作是对实体操作,可是系统不允许对一个临时值类型数据进行修改操作。

// Using the person in a collection

ArrayList arrPersons = new ArrayList();
Person p = new Person( "OldName" );
arrPersons.Add( p );

// Try to change the name

p = ( Person ) arrPersons[0] ;
p.Name = "NewName";
arrPersons.RemoveAt( 0 );//Remove old data first
arrPersons.Insert( 0, p );//Add new data
Debug.WriteLine( ( (Person ) arrPersons[0] ).Name );//It's "NewName"
  其实,这样操作会产生过多装箱和拆箱操作。那么更好的方法,可以通过接口来完成,从而减少装箱和拆箱操作。对于这个例子的接口实现应该如下。

public interface IPersonName
{
 string Name{ get;set;}
}

public struct Person:IPersonName
{
 private string _Name;
 public string Name
 {
  get{ return _Name; }
  set{ _Name = value; }
 }
 public Person( string PersonName )
 {
  _Name = PersonName;
 }

 public override string ToString()
 {
  return _Name;
 }
}

// Using the person in a collection

ArrayList arrPersons = new ArrayList();
Person p = new Person( "OldName" );

arrPersons.Add( p );
// Change the name

( (IPersonName)arrPersons[0] ).Name = "NewName";
Debug.WriteLine( ( (Person ) arrPersons[0] ).Name );//It's "NewName"
  很多人就问,为什么值类型不能修改,即

( (Person ) arrPersons[0] ).Name = "NewName";//Can't be compiled
  而如上的接口类型就能修改呢,即

( (IPersonName)arrPersons[0] ).Name = "NewName";
  这是由于产生的临时变量的类型不同,前者已经在前面进行说明了,后者由于产生的临时变量的类型为IPersonName,属于引用类型,那么相当于临时变量就是原对象的引用,那么对于对于它的修改会直接修改到原对象,因此是可以的。可以说这里的不同本身在于产生临时对象的类型不同,从而造成本质的区别。

  通过接口来改写,这样就减少了装箱和拆箱操作,同时也保证了修改的正确性。不过要注意的是,这里接口对于的是引用类型,如果接口访问的或者返回的是值类型,那么用接口虽说能实现了,但是对于装箱和拆箱操作来说,并没有减少。

  对于装箱和拆箱操作来说,基本上就讲完了,只要记住频繁装箱和拆箱操作会降低程序效率,因此在编写的时候要尽量避免。

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