[C# Tips]再谈值类型的装箱和拆箱

Freesc Huang @ HUST All Rights Reserved
2008-2-11

Keywords
.NET Framework，C#，值类型，装箱，拆箱，CLR

正文
半年之前，我曾经写过一篇关于值类型装箱问题的短文(这里),现在看来，有些东西当时还是没有完全说开，这次特地拿了一个例子再来谈谈。理解这些问题，对于一个.NET程序员来说很基础，也很重要，对我们理解CLR和编写高效的程序都是很有帮助的。至于什么是值类型，什么是装箱拆箱(box&unbox)，在此不做赘述，先来看看下面短短的几行代码：

Code
 1    internal struct Ticket
 2    {
 3        private String _start, _terminal;//起点和终点
 4        private Int32 _distance;//距离
 5
 6        public Ticket(string start, string terminal, Int32 distance)
 7        {
 8            _start = start;
 9            _terminal = terminal;
10            _distance = distance;
11        }
12        /**//// <summary>
13        /// 重新订票
14        /// </summary>
15        /// <param name="newTerminal">新的终点站</param>
16        /// <param name="newDistance">到终点站的距离</param>
17        public void Rebook(String newTerminal, Int32 newDistance)
18        {
19            _terminal = newTerminal;
20            _distance = newDistance;
21        }
22        /**//// <summary>
23        /// 重写System.ValueType的ToString方法
24        /// </summary>
25        public override String ToString()
26        {
27            return String.Format("From {0} To {1} , {2} km", 
28                _start,
29                _terminal,
30                _distance);//在方法的内部，_distance被装箱
31        }
32    }
33
34 public sealed class Program
35    {
36      public static void Main()
37        {
38            Ticket t = new Ticket("北京", "汉口", 1225);
39          //值类型实例t在这里第一次被装箱:Ticket-->Object-->override ToString
40           Console.WriteLine(t);
41
42          //显示的装箱
43          // Console.WriteLine(((Object)t).ToString());
44          
45           t.Rebook("上海", 1400);
46           Console.WriteLine(t);
47
48           Object o = t;
49           Console.WriteLine(o);
50
51           ((Ticket)o).Rebook("广州",2000);
52           Console.WriteLine(o);
53        }
54    }

程序很短很简单，定义了一张火车票(Ticket)的结构，它只包括起点，终点和里程，它是值类型（结构派生自 System.ValueType）。而我们主要关注的是围绕这张火车票的几个输出。

首先，创建了一个火车票的实例t(第38行)， 初始化为北京到汉口，1225公里，接着第一次调用Console.WriteLine，因为Console.WriteLine() 没有参数为Ticket的重载，这里会对t进行装箱（就像 这里提到的一样），而这个“已装箱”的票（姑且称作tII）会被CLR默认为是个Object，然后在这个Object实例tII上调用ToString()，而此时CLR在这个已装箱的Ticket的方法表中发现这个类型重写了ToString()方法，它会隐式的调用这个方法让我们顺利的得到显示"From 北京 To 汉口，1225 km"。也许我注释掉的那句代码会让您更好的理解这个过程。

随后，还是在那个值类型的t(而非tII)上调用Rebook，改成去上海，1400公里。然后再调用WriteLine，经过与前面相同的过程，我们如愿得到了输出"From 北京 To 上海，1400 km"。

接着，我们显式地将t装箱，其实这两行代码(第48，49行)跟第43行注释掉的代码是一样的，WriteLine()方法本身就有一个参数为Object的重载。于是我们仍能如愿得到"From 北京 To 上海，1400 km"。

接下来这一句比较有趣了，我们将o指向的tII拆箱，将相应的字段复制到堆栈上一个值类型实例tIII中，然后再对tIII调用Rebook方法，将其改为从北京到广州，注意，这里的修改是在堆栈上直接进行的。与托管堆上的o没有任何关系，于是此时调用ConsoleWriteLine(o);输出仍然为"From 北京 To 上海，1400 km"。

为了不让tIII成为游离于我们控制之外的垃圾，我们让Rebook立刻返回给我们这个tIII，并复制给一个叫t2的实例，并输出，这样我们才得到了修改过的最终结果"From 北京 To 广州，2000 km"。
程序输出如下:


程序代码在这里
本文算作是对之前那篇 随笔的补充和扩展，也希望通过这个例子能让大家更加明白值类型装箱拆箱的原理和CLR在这背后的 行为，达人们轻点拍。欢迎大家多交流:-)