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C# struct boxing

为什么结构体需要装箱？

发布于 2024-08-16 11:50:10 字数 449 浏览 14 评论 0 原文

在 C# 中，任何用户定义的 struct 自动成为 ~~System.Struct~~ System.ValueType 和 ~~System.Struct~~ 的子类> System.ValueType 是System.Object 的子类。

但是，当我们将某些结构分配给对象类型引用时，它会被装箱。例如：

struct A
{
    public int i;
}

A a;
object obj = a;  // boxing takes place here

所以我的问题是：如果 A 是 System.Object 的后代，编译器不能将其向上转换为对象类型而不是装箱吗？

原文

In C#, any user-defined struct is automatically a subclass of ~~System.Struct~~ System.ValueType and ~~System.Struct~~ System.ValueType is a subclass of System.Object.

But when we assign some struct to object-type reference it gets boxed. For example:

struct A
{
    public int i;
}

A a;
object obj = a;  // boxing takes place here

So my question is: if A is an descendant of System.Object, can't the compiler up-cast it to object type instead of boxing?

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安静 2024-08-23 11:50:10

结构体是一种值类型。 System.Object 是一个引用类型。运行时对值类型和引用类型进行不同的存储和处理。为了将值类型视为引用类型，必须将其装箱。从低级角度来看，这包括将值从最初所在的堆栈复制到堆上新分配的内存，其中还包含对象头。引用类型需要额外的标头来解析其 vtable，以启用虚拟方法分派和其他引用类型相关功能（请记住，堆栈上的结构只是一个值，并且它具有零类型信息；它不包含任何类似于 vtable 的内容，并且可以不能直接用于解析动态分派的方法）。此外，要将某些东西视为引用类型，您必须有一个指向它的引用（指针），而不是它的原始值。

所以我的问题是 - 如果 A 是 System.Object 的后代，编译器不能将其向上转换为对象类型而不是装箱吗？

在较低级别，值不会继承任何内容。事实上，正如我之前所说，它并不是一个真正的对象。 A 派生自 System.ValueType ，而后者又派生自 System.Object ，这一事实是在编程语言 (C#) 的抽象级别定义的，而 C# 确实隐藏了这一点你的拳击操作相当不错。您没有明确提及任何内容来装箱该值，因此您可以简单地认为编译器已为您“向上转换”了该结构。它为值制造了继承和多态性的假象，但多态行为所需的任何工具都不是由它们直接提供的。

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北方。的韩爷 2024-08-23 11:50:10

我更喜欢这样思考。考虑包含 32 位整数的变量的实现。当被视为值类型时，整个值适合 32 位存储。这就是值类型：存储仅包含构成该值的位，仅此而已。

现在考虑包含对象引用的变量的实现。该变量包含一个“引用”，可以通过多种方式实现。它可以是垃圾收集器结构的句柄，也可以是托管堆上的地址，或者其他什么。但它可以让你找到一个物体。这就是引用类型：与引用类型变量关联的存储包含一些允许您引用对象的位。

显然这两件事是完全不同的。

现在假设您有一个 object 类型的变量，并且希望将 int 类型变量的内容复制到其中。你怎么做？组成整数的 32 位不是这些“参考”事物之一，它只是一个包含 32 位的存储桶。引用可以是托管堆中的 64 位指针，也可以是垃圾收集器数据结构中的 32 位句柄，或者您能想到的任何其他实现，但 32 位整数只能是 32 位整数。

因此，在这种情况下，您要做的就是对整数进行装箱：创建一个包含整数存储的新对象，然后存储对新对象的引用。

仅当您想要 (1) 拥有统一的类型系统，并且 (2) 确保 32 位整数消耗 32 位内存时才需要装箱。如果你愿意拒绝其中任何一个，那么你就不需要拳击；你可以选择拳击。我们不愿意拒绝这些，所以拳击是我们被迫忍受的。

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怀念你的温柔 2024-08-23 11:50:10

虽然 .NET 的设计者当然不需要包含 C# 语言规范很好地解释了其背后的意图，IMO：

装箱和拆箱实现统一
类型系统的视图，其中
任何类型的值最终都可以是
被视为一个对象。

因为值类型不是引用类型（System.Object 最终是引用类型），所以装箱行为的存在是为了拥有一个统一的类型系统，在该系统中任何东西 的值都可以表示为一个对象。

这与 C++ 不同，C++ 的类型系统不统一，所有类型都没有通用的基类型。

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浊酒尽余欢 2024-08-23 11:50:10

struct 在设计上是一种值类型，因此在转换为引用类型时需要对其进行装箱。 struct 派生自 System.ValueType，而后者又派生自 System.Object。

struct是对象的后代这一事实并没有多大意义……因为 CLR 在运行时处理struct的方式与引用类型不同。

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对你的占有欲 2024-08-23 11:50:10

回答完问题后，我将提出一个与该主题相关的小“技巧”：

struct 可以实现接口。如果将值类型传递给需要该值类型实现的接口的函数，则该值通常会被装箱。使用泛型你可以避免装箱：

interface IFoo {...}
struct Bar : IFoo {...}

void boxing(IFoo x) { ... }
void byValue<T>(T x) : where T : IFoo { ... }

var bar = new Bar();
boxing(bar);
byValue(bar);

After the question has been answered I'll present a little "trick" related to that topic:

structs can implement interfaces. If you pass a value type to a function that expects an interface that this value type implements the value normally gets boxed. Using generics you can avoid the boxing:

interface IFoo {...}
struct Bar : IFoo {...}

void boxing(IFoo x) { ... }
void byValue<T>(T x) : where T : IFoo { ... }

var bar = new Bar();
boxing(bar);
byValue(bar);

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懵少女 2024-08-23 11:50:10

“如果struct A是System.Object的后代，编译器不能向上转换它而不是装箱吗？”

不，只是因为根据 C# 语言的定义，这种情况下的“向上转换”就是装箱。

C# 的语言规范包含（在第 13 章）所有可能的类型转换的目录。所有这些转换都以特定方式分类（例如数字转换、引用转换等）。

存在从类型 S 到其超类型 T 的隐式类型转换，但这些仅针对来自类类型 < 的模式“”进行定义code>S 到引用类型 T"。由于您的 struct A 不是类类型，因此无法在您的示例中应用这些转换。

也就是说，A（间接）从object派生（虽然正确）这一事实在这里完全无关。相关的是 A 是一个结构值类型。
唯一与模式“从值类型 A 到其引用超类型 object”匹配的现有转换< /em> 被归类为拳击转换。因此，从struct到object的每次转换根据定义都被视为装箱。