内存调试技巧：C 语言最大难点揭秘

知识点 

1. 值类型。
   1. 值类型是在栈中分配内存，在声明时初始化才能使用，不能为null。
   2. 值类型超出作用范围系统自动释放内存。
   3. 主要由两类组成：结构，枚举（enum），结构分为以下几类：
      1. 整型（Sbyte、Byte、Char、Short、Ushort、Int、Uint、Long、Ulong）
      2. 浮点型（Float、Double）
      3. decimal
      4. bool
      5. 用户定义的结构（struct）
2. 引用类型。
   1. 引用类型在堆中分配内存，初始化时默认为null。
   2. 引用类型是通过垃圾回收机制进行回收。
   3. 包括类、接口、委托、数组以及内置引用类型object与string。

概念

由于C#中所有的数据类型都是由基类System.Object继承而来的，所以值类型和引用类型的值可以通过显式（或隐式）操作相互转换，而这转换过程也就是装箱（boxing）和拆箱（unboxing）过程。

1. 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。 
   •  
2. 拆箱（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：

   1. 检查对象实例，确保它是给定值类型的一个装箱值。（拆箱后没有转成原类型，编译时不会出错，但运行会出错，所以一定要确保这一点。用GetType().ToString()判断时一定要使用类型全称，如：System.String 而不要用String。）

   2. 将该值从实例复制到值类型变量中。

   3. 

示例

首先写个简单的控制台程序：

//  Tutorial_boxing_unboxing.cs
//  装箱与拆箱
using  System;

class  App
{
     static   void  Main()
    {
         int  i  =   32 ;
         object  o  =  i;  // 隐式装箱

         Console.WriteLine( " o = {0} " , o);

        Console.Read();
    }
}

其中object o = i这里我们进行了装箱操作，然后我们用MSIL 反汇编程序查看下生成的.exe程序的内部机理。

 1  .method  private  hidebysig  static   void   Main() cil managed
 2  {
 3    .entrypoint
 4     //  代码大小       30 (0x1e)
 5    .maxstack   2
 6    .locals init ([ 0 ] int32 i,
 7             [ 1 ]  object  o)
 8    IL_0000:  nop
 9    IL_0001:  ldc.i4.s    32
10    IL_0003:  stloc. 0
11    IL_0004:  ldloc. 0
12    IL_0005:  box        [mscorlib]System.Int32
13    IL_000a:  stloc. 1
14    IL_000b:  ldstr       " o = {0} "
15    IL_0010:  ldloc. 1
16    IL_0011:  call        void  [mscorlib]System.Console::WriteLine( string ,
17                                                                   object )
18    IL_0016:  nop
19    IL_0017:  call       int32 [mscorlib]System.Console::Read()
20    IL_001c:  pop
21    IL_001d:  ret
22  }  //  end of method App::Main

其中第12行是我们的装箱操作。（关于IL中出现的操作符代表的操作请查阅MSDN Library中的.NET开发/.NET Framework SDK/类库参考/System.Reflection.Emit/OpCodes 类/OpCodes 字段）

然后我们取消装箱操作：

     static   void  Main()
    {
         int  i  =   32 ;

        Console.WriteLine( " i = {0} " , i);

        Console.Read();
    }

再用MSIL工具查看生成的.exe，如下结果：

.method  private  hidebysig  static   void   Main() cil managed
{
  .entrypoint
   //  代码大小       28 (0x1c)
  .maxstack   2
  .locals init ([ 0 ] int32 i)
  IL_0000:  nop
  IL_0001:  ldc.i4.s    32
  IL_0003:  stloc. 0
  IL_0004:  ldstr       " i = {0} "
  IL_0009:  ldloc. 0
  IL_000a:  box        [mscorlib]System.Int32
  IL_000f:  call        void  [mscorlib]System.Console::WriteLine( string ,
                                                                 object )
  IL_0014:  nop
  IL_0015:  call       int32 [mscorlib]System.Console::Read()
  IL_001a:  pop
  IL_001b:  ret
}  //  end of method App::Main

在IL_000a行，我们发现这里却也出现了一个box！不过这步是在call System.Console::WriteLine(string, object)时发生的。我们对比前面我们手动boxing的IL代码，发现在我们手动boxing后就没有这步box了。为什么呢？

当我们在调用一些方法的重载版本时，由于编译器找不到符合给定参数类型的重载方法，此时编译器便去寻找到的最接近的版本，然后使用找到的方法，而其参数却是我们传入的值类型的基类如System.Object或者其实现的接口类型，接着编译器为了求得与这个方法的原型一致，就必须对该值类型进行装箱操作(转换成引用类型)。

照这个说法当我们不手动boxing时，在调用了Console.WriteLine()方法输出一个Int32类型值时，系统就要自动进行boxing。也就是说如果我们要对该输出操作作5000次的循环，系统就要做5000次的boxing。这样对性能便会有一定的影响，而且要使循环次数是100,000,000次呢，或者跟多！

此时我们便要想如何消除这不应该的性能损失！正如第一个程序是展示的，我们可以在需要的地方先进行boxing，这个原理很简单，我们可以联想到类似的做法：

// 当我们如下时：
for  ( int  i  =   0 ; i  <  arr.Length; i ++ )
{
    //  
}

// 我们更因该这样：
int  L  =  arr.Length;
for  ( int  i  =   0 ; i  <  L; i ++ )
{
    //  
}

这样，我们只要一次boxing，就可以避免让系统重复的做这个操作。

用途

像在调用Console.WriteLine()的过程中系统自动进行boxing一样，当我们在调用其它的一些方法的重载版本进行操所时，为了避免由于无谓的隐式装箱所造成的性能损失，在执行这些多类型重载方法之前，最好先对值进行装箱。一般是在处理大量数据需要对类型进行装箱操作。