C# Boxing vs UnBoxing

前言:

Boxing跟UnBoxing在.net中,我們可能在無意識使用到但這個事情確會造成一些效能影響…

.NET兩種類型

在.NET有分兩種類型

值類型(int,double,char….)
參考類型(自行宣告的類別,string….)

而存放資料的方式也有兩種:

堆疊Stack
堆積Heap

談談Boxing和UnBoxing之前，我們先來了解Stack和Heap

值類型(Value Type)會存取在Stack記憶體區塊中

參考類型(Reference Type)內容會在Heap記憶體區塊上，Stack會指向Heap上記憶體位置(有點像c++傳址)

如下圖

了解Stack和Heap後

我們來談談Boxing和UnBoxing

Boxing:

型態由大轉小

1 2	int i=20; object o=(object)i;

int強制轉型為object 因為我們所有物件都是繼承於object物件

原本值類型存在Stack中,但因為我們強轉成Object = 20會存在Heap記憶體區塊中.

因為Object是ReferType型別,這個現象就是Boxing

如下圖

UnBoxing:

型態由小轉大(小轉大會有轉型出錯的問題)

1
2
3

int i=20;
object o=(object)i;
int j=(int)o;

將Object強轉成int在這個案例不會有問題，但如果是將o轉為char就會有問題
在執行UnBoxing如下圖

可以看到原本存在Heap上值我們會把他搬回Stack並附值給J

把Heap上直搬回Stake上就會遇到UnBoxing.

.Net現實生活中常遇到的案例

String.Format
DataTable

String.Format的Boxing

1	public static string Format(string format, params object[] args)

我們常使用上面String.Format重載方法,但使用這個方法會不小心遇到Boxing問題

我們在呼叫方法時假如參數是一個Value Type,.Net會在呼叫前把此值複製在傳入方法中(如果是Refer Type傳入此物件Heap記憶體位置).

String.Format吃參數是Object,所以如果傳入參數是Value Type如(1,1.1m)就會遇到Boxing.

但如果我們在呼叫String.Format前使用ToString方法就可以避免Boxing的動作, $"{times.ToString()}".

DataTable的Boxing UnBoxing

我們在ADO.Net將資料存放在DataTable就會經歷一次Boxing在利用DataTable.Row[][]返回是一個Object型態資料(因為會把ValueType型別資料放進Heap中).

我們在取用時會把Object轉成我們希望型態(UnBoxing).

1 2	DataTable dt= new DataTable(); dt.Rows[0]["col1"] //返回一個object型態的物件

所以我在讀取DB資料時建議使用DataReader而不是使用DataTable,因為使用DataReader可以直接去得使用型態(避免Boxing and UnBoxing).

常使用誤區string.format Boxing UnBoxing

在開始說明之前先問問大家兩個問題

下面兩段程式碼是否是一樣?

如果不一樣是哪裡不一樣?

$""是string.format語法糖.

int intVal = 1;
int intVal1 = 2;
int intVal2 = 2;
int intVal3 = 3;
$"{intVal.ToString()} {intVal2.ToString()} {intVal3.ToString()}";

int intVal = 1;
int intVal1 = 2;
int intVal2 = 2;
int intVal3 = 3;
$"{intVal} {intVal2} {intVal3}";

上面答案非常明顯是不一樣,但不一樣在哪裡呢?

Boxing和UnBoxing.

要了解String.Format Boxing和UnBoxing之前我們要先了解function是如何傳參數的.

Function如何傳參數

在.net我們常常在寫function但你有注意參數是如何被傳的嗎?

static void Main(string[] args)
{
    var a = new A()
    {
        Age = 100
    };

    FunctionA(a);
    Console.WriteLine($"main a.Age {a.Age}");

    var i = 100;
    FunctionInt(i);
    Console.WriteLine($"main i {i}"); 

    Console.Read();
}

public static void FunctionA(A a)
{
    Console.WriteLine($"FunctionA {a.Age}");
    a.Age = 0;
}

public static void FunctionInt(int a)
{
    Console.WriteLine($"FunctionInt {a}");
    a = 0;
}

執行結果如下圖

那是因為.net在傳參數時

如果方法參數是Ref Type會copy address當作參數進去
如果方法參數是Value Type會copy value當作參數進去

我們看String.Format其中一個重載方法,是傳入object[]當作參數.

public static string Format(string format, params object[] args) => args != null ? string.FormatHelper((IFormatProvider) null, format, new ParamsArray(args)) : throw new ArgumentNullException(format == null ? nameof (format) : nameof (args));

因為單純傳入value type會導致參數需要boxing(因為方法參數吃object)

所以value type使用ToString方法傳入String.Format方法,先把value type轉成refer type的string就不會造成boxing unboxing效能問題了.

Box_UnBoxing Sample Code

小結

希望本篇文章可以讓大家對於Boxing和UnBoxing更了解，避免踏入這個問題中。

參考連結

參考 MSDN https://msdn.microsoft.com/zh-tw/library/yz2be5wk.aspx

__此文作者__：Daniel Shih(石頭)
__此文地址__： https://isdaniel.github.io/boxing-unboxing/
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