Поделиться через

Упаковка и распаковка (руководство по программированию на C#)

  • Статья

Упаковка — это процесс преобразования значимого типа в типobject или в любой тип интерфейса, реализованный этим значимым типом. Когда общеязыковая среда выполнения (CLR) упаковывает тип значения, она оборачивает значение внутри экземпляра System.Object и сохраняет его в управляемой куче. Процесс распаковки извлекает тип данных из объекта. Бокс неявен; распаковка является явной. Концепции упаковки и распаковки лежат в основе единого представления системы типов C#, в которой любое значение можно считать объектом.

В следующем примере целочисленная переменная iупаковывается и присваивается объекту o.

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

Затем объект o можно распаковать и присвоить целочисленной переменной i.

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

В следующих примерах показано, как бокс используется в C#.

// 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

Производительность

В связи с простыми назначениями, боксинг и распаковка являются дорогостоящими вычислительными процессами. Если задан тип значения, необходимо выделить и создать новый объект. В меньшей степени каст, необходимый для распаковки, также является дорогостоящим с вычислительной точки зрения. Дополнительные сведения см. в разделе "Производительность".

Бокс

Бокс используется для хранения типов значений в куче, собранной мусором. Упаковка — это неявное преобразование типа значения в тип object или в любой тип интерфейса, реализованный этим типом значения. Поле типа значения выделяет экземпляр объекта в куче и копирует значение в новый объект.

Рассмотрим следующее объявление переменной типа значения:

int i = 123;

Следующая инструкция неявно применяет операцию бокса для переменной i:

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

Результатом этого оператора является создание ссылки oна объект в стеке, которая ссылается на значение типа intв куче. Это значение является копией значения типа значений, назначенных переменной i. Разница между двумя переменными i и oпоказана на следующем изображении преобразования бокса:

Рисунок, показывающий разницу между переменными i и o.

Также можно явно выполнить бокс, как в следующем примере, но явное боксирование никогда не требуется:

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

Пример

Этот пример преобразует целочисленную переменную i в объект o с использованием механизма упаковки. Затем значение, хранящееся в переменной i , изменяется на 123456. В примере показано, что исходный тип значения и прямоугольный объект используют отдельные расположения памяти и, следовательно, может хранить разные значения.

        // Create an int variable
        int i = 123;
        
        // Box the value type into an object reference
        object o = i;  // boxing
        
        // Display the initial values
        Console.WriteLine($"Value of i: {i}");
        Console.WriteLine($"Value of boxed object o: {o}");
        
        // Modify the original value type
        i = 456;
        
        // Display the values after modification
        Console.WriteLine("\nAfter changing i to 456:");
        Console.WriteLine($"Value of i: {i}");
        Console.WriteLine($"Value of boxed object o: {o}");
        
        // Output:
        // Value of i: 123
        // Value of boxed object o: 123

        // After changing i to 456:
        // Value of i: 456
        // Value of boxed object o: 123

Распаковки

Распаковка — это явное преобразование из типа object в тип значения или из типа интерфейса в тип значения, который реализует интерфейс. Операция распаковки состоит из следующих элементов:

  • Проверьте экземпляр объекта, чтобы убедиться, что оно является полем заданного типа значения.

  • Копирование значения из экземпляра в переменную типа значения.

В следующих инструкциях показаны операции бокса и распаковки:

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

На следующем рисунке показан результат предыдущих утверждений.

Рисунок, показывающий процесс распаковки.

Чтобы распаковка типов значений была успешной во время выполнения программы, элемент, который распаковывается, должен быть ссылкой на объект, ранее созданный путем упаковки экземпляра этого типа значения. Попытка распаковки null приводит к NullReferenceException. Попытка разблокировать ссылку на несовместимый тип значения приводит InvalidCastExceptionк возникновению ошибки.

Пример

В следующем примере показан случай недопустимой распаковки и результирующего InvalidCastException. При использовании try и catch, отображается сообщение об ошибке, когда происходит ошибка.

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($"{e.Message} Error: Incorrect unboxing.");
        }
    }
}

Выходные данные этой программы:

Specified cast is not valid. Error: Incorrect unboxing.

При изменении заявления:

int j = (short)o;

Кому:

int j = (int)o;

Преобразование будет выполнено, и вы получите выходные данные:

Unboxing OK.

Спецификация языка C#

Дополнительные сведения см. в спецификации языка C# . Спецификация языка является авторитетным источником синтаксиса и использования C#.

См. также