装箱和取消装箱（C# 编程指南）

更新：2010 年 7 月

装箱是将值类型转换为 object 类型或由此值类型实现的任一接口类型的过程。 当 CLR 对值类型进行装箱时，会将该值包装到 System.Object 内部，再将后者存储在托管堆上。 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。 装箱和取消装箱的概念是类型系统 C# 统一视图的基础，其中任一类型的值都被视为一个对象。

在下面的示例中，整型变量 i 装箱并赋给对象 o。

int i = 123;
// The following line boxes i.
object o = i;  

然后，可以对对象 o 取消装箱并将其赋值给整型变量 i：

o = 123;
i = (int)o;  // unboxing

以下示例演示如何在 C# 中使用装箱。

// String.Concat example.
// String.Concat has many versions. Rest the mouse pointer on 
// Concat in the following statement to verify that the version
// that is used here takes three object arguments. Both 42 and
// true must be boxed.
Console.WriteLine(String.Concat("Answer", 42, true));


// List example.
// Create a list of objects to hold a heterogeneous collection 
// of elements.
List<object> mixedList = new List<object>();

// Add a string element to the list. 
mixedList.Add("First Group:");

// Add some integers to the list. 
for (int j = 1; j < 5; j++)
{
    // Rest the mouse pointer over j to verify that you are adding
    // an int to a list of objects. Each element j is boxed when 
    // you add j to mixedList.
    mixedList.Add(j);
}

// Add another string and more integers.
mixedList.Add("Second Group:");
for (int j = 5; j < 10; j++)
{
    mixedList.Add(j);
}

// Display the elements in the list. Declare the loop variable by 
// using var, so that the compiler assigns its type.
foreach (var item in mixedList)
{
    // Rest the mouse pointer over item to verify that the elements
    // of mixedList are objects.
    Console.WriteLine(item);
}

// The following loop sums the squares of the first group of boxed
// integers in mixedList. The list elements are objects, and cannot
// be multiplied or added to the sum until they are unboxed. The
// unboxing must be done explicitly.
var sum = 0;
for (var j = 1; j < 5; j++)
{
    // The following statement causes a compiler error: Operator 
    // '*' cannot be applied to operands of type 'object' and
    // 'object'. 
    //sum += mixedList[j] * mixedList[j]);

    // After the list elements are unboxed, the computation does 
    // not cause a compiler error.
    sum += (int)mixedList[j] * (int)mixedList[j];
}

// The sum displayed is 30, the sum of 1 + 4 + 9 + 16.
Console.WriteLine("Sum: " + sum);

// Output:
// Answer42True
// First Group:
// 1
// 2
// 3
// 4
// Second Group:
// 5
// 6
// 7
// 8
// 9
// Sum: 30

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。 次之，取消装箱所需的强制转换也需要进行大量的计算。 有关更多信息，请参见性能。

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。

请看以下值类型变量的声明：

int i = 123;

以下语句对变量 i 隐式应用装箱操作：

// Boxing copies the value of i into object o.
object o = i;  

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。 下图说明了两个变量 i 和 o 之间的差异。

装箱转换

还可以像下面的示例一样显式执行装箱，不过显式装箱从来不是必需的：

int i = 123;
object o = (object)i;  // explicit boxing

说明

此示例使用装箱将整数变量 i 转换为对象 o。 这样，存储在变量 i 中的值就从 123 更改为 456。 该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。

示例

class TestBoxing
{
    static void Main()
    {
        int i = 123;

        // Boxing copies the value of i into object o.
        object o = i;  

        // Change the value of i.
        i = 456;  

        // The change in i does not effect the value stored in o.
        System.Console.WriteLine("The value-type value = {0}", i);
        System.Console.WriteLine("The object-type value = {0}", o);
    }
}
/* Output:
    The value-type value = 456
    The object-type value = 123
*/

下面的示例演示无效的取消装箱及引发的 InvalidCastException。 使用 try 和 catch，在发生错误时显示错误信息。

class TestUnboxing
{
    static void Main()
    {
        int i = 123;
        object o = i;  // implicit boxing

        try
        {
            int j = (short)o;  // attempt to unbox

            System.Console.WriteLine("Unboxing OK.");
        }
        catch (System.InvalidCastException e)
        {
            System.Console.WriteLine("{0} Error: Incorrect unboxing.", e.Message);
        }
    }
}

此程序输出：

Specified cast is not valid. Error: Incorrect unboxing.

如果将下列语句：

int j = (short) o;

更改为：

int j = (int) o;

将执行转换，并将得到以下输出：

Unboxing OK.

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。

以下语句同时说明了装箱和取消装箱操作：

int i = 123;      // a value type
object o = i;     // boxing
int j = (int)o;   // unboxing

下图演示了上述语句的结果。

取消装箱转换

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。

C# 语言规范

有关更多信息，请参见 C# 语言规范。C# 语言规范是 C# 语法和用法的权威资料。

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• 引用类型

• 值类型

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