用泛型装箱和拆箱

Question 1

创建整数集合的.NET 1.0方法（例如）是：

ArrayList list = new ArrayList();
list.Add(i);          /* boxing   */
int j = (int)list[0]; /* unboxing */

使用此方法的代价是由于装箱和拆箱而导致缺乏类型安全性和性能。

.NET 2.0方法是使用泛型：

List<int> list = new List<int>();
list.Add(i);
int j = list[0];

装箱的价格（据我了解）是需要在堆上创建一个对象，将分配给堆栈的整数复制到新对象，反之亦然。

泛型的使用如何克服这个问题？堆栈分配的整数是否保留在堆栈上并从堆中指向（我想不是这样，因为当超出范围时会发生什么）？似乎仍然需要将其复制到堆栈中的其他位置。

到底是怎么回事？

Question 2

对于集合，泛型可以通过T[]内部利用实际数组来避免装箱/拆箱。List<T>例如，使用T[]数组存储其内容。

的阵列，当然，是引用类型，因此（在CLR中，内容十分重要的当前版本）存储在堆上。但是由于它是aT[]而不是an object[]，因此可以“直接”存储数组的元素：也就是说，它们仍在堆上，但是它们在数组的堆上而不是装箱并让数组包含对那些盒子。

因此List<int>，例如对于，数组中的内容将“看起来”如下：

[1 2 3]

将ArrayList其与使用进行比较的，object[]然后将“看起来”如下所示：

[* a * b * c]

... where*a等是对对象的引用（装箱的整数）：

* a-> 1
* b-> 2
* c-> 3

请原谅这些插图；希望你明白我的意思。

Question 3

您的困惑是由于误解了堆栈，堆和变量之间的关系而导致的。这是思考它的正确方法。

变量是具有类型的存储位置。
变量的生命周期可以短也可以长。“短”表示“直到当前函数返回或抛出”，而“长”表示“可能比这更长”。
如果变量的类型是引用类型，则变量的内容是对长期存储位置的引用。如果变量的类型是值类型，则变量的内容是值。

作为实现细节，可以在栈上分配保证寿命短的存储位置。在堆上分配了可能长期存在的存储位置。注意，这并没有说明“值类型始终分配在堆栈上”。值类型并不总是分配在堆栈上：

int[] x = new int[10];
x[1] = 123;

x[1]是一个存储位置。它是长寿的。它的寿命可能比此方法更长。因此，它必须在堆上。它包含一个int的事实是无关紧要的。

您正确地说了为什么装箱的int价格昂贵：

装箱的代价是需要在堆上创建一个对象，将分配给堆栈的整数复制到新对象，反之亦然。

您出错的地方是说“堆栈分配的整数”。整数在哪里分配都没有关系。重要的是它的存储包含整数，而不是包含对堆位置的引用。价格是创建对象并进行复制的需要；这是唯一相关的成本。

那么，为什么通用变量不昂贵？如果您具有类型T的变量，并且T被构造为int，则您具有类型int，句点的变量。类型为int的变量是一个存储位置，它包含一个int。该存储位置是在堆栈上还是在堆上是完全不相关的。相关的是，存储位置包含一个int，而不是包含对堆上某些内容的引用。由于存储位置包含int，因此您不必承担装箱和拆箱的费用：在堆上分配新的存储并将int复制到新的存储。

现在清楚了吗？

Question 4

泛型允许输入列表的内部数组int[]而不是有效类型object[]，这需要装箱。

没有泛型会发生以下情况：

你打电话Add(1)。
将整数1装箱到一个对象中，该对象需要在堆上构造一个新对象。
该对象传递给ArrayList.Add()。
装箱的对象已塞入object[]。

这里有三个间接级别：ArrayList-> object[]-> object-> int。

使用泛型：

你打电话Add(1)。
将int 1传递给List<int>.Add()。
将int塞入int[]。

因此，只有两个级别的间接：List<int>-> int[]-> int。

其他一些区别：

非通用方法将需要8或12个字节的总和（一个指针，一个int）来存储值，一种分配为4/8，另一种分配为4。而且这可能更多是由于对齐和填充。通用方法在数组中仅需要4个字节的空间。
非泛型方法需要分配一个装箱的int。通用方法没有。这样可以更快并减少GC流失。
非泛型方法需要强制转换以提取值。这不是类型安全的，并且速度稍慢。

Question 5

ArrayList仅处理类型，object因此要使用此类，需要强制转换为from和from object。对于值类型，此转换涉及装箱和拆箱。

当您使用通用列表时，编译器将为该值类型输出专用代码，以便将实际值存储在列表中，而不是对包含这些值的对象的引用。因此，不需要装箱。

装箱的价格（据我了解）是需要在堆上创建一个对象，将分配给堆栈的整数复制到新对象，反之亦然。

我认为您假设值类型总是在堆栈上实例化。事实并非如此-它们可以在堆，堆栈或寄存器中创建。有关此的更多信息，请参见Eric Lippert的文章：关于值类型的真相。

Question 6

在.NET 1中，Add调用该方法时：

在堆上分配空间；新参考
i变量的内容被复制到引用中
参考文献的副本放在列表的末尾

在.NET 2中：

变量的副本i传递给Add方法
该副本的副本放在列表的末尾

是的，i变量仍然被复制（毕竟，它是一个值类型，并且值类型总是被复制-即使它们只是方法参数）。但是堆上没有多余的副本。

Question 7

您为什么要考虑WHERE存储值\对象？在C＃中，值类型可以存储在堆栈中，也可以存储在堆中，具体取决于CLR选择什么。

泛型的不同之WHAT处存储在集合中。在ArrayList集合中包含对装箱对象的引用，其中List<int>包含int值本身。