c# 的 装箱 和 拆箱 成本有多高？
装箱和拆箱，在 C 的世界里，就像是给一个“值”穿上或者脱下一件“对象”的外衣。这个过程，看似简单，但背后涉及到一些底层操作，这些操作是有代价的，我们可以称之为“成本”。
想象一下，你有一个简单的整数，比如 `int number = 10;`。它就老老实实地待在内存的某个地方，占据着固定的空间，它的值就是 10。这是最直接、最“轻盈”的存在方式。
装箱（Boxing）：给值类型穿上对象的外衣
当你需要将这个 `int` 赋值给一个 `object` 类型时，比如 `object obj = number;`，C 编译器就会帮你完成一个叫做“装箱”的操作。
这就像是你要把一个普普通通的苹果（值类型）放进一个礼盒（对象）里。这个礼盒不仅仅是苹果本身，它还需要额外的包装，比如盒子、填充物、甚至是一个漂亮的丝带。
具体来说，装箱做了什么？
1. 在堆上分配内存： 值类型本身是存在于栈（Stack）上的，栈的内存分配和释放非常快。但是，对象（Reference Type）是存在于托管堆（Managed Heap）上的。所以，当一个值类型被装箱时，C 需要在托管堆上为你分配一块新的内存空间，用来存放这个值以及它的一些额外信息。这块内存，就是用来“承载”你的 `int` 值的那个“礼盒”。
2. 复制值： 值类型的值会被复制一份，然后存储到堆上刚刚分配的内存空间里。就像你把苹果放进礼盒，苹果本身还是那个苹果，但它现在是在礼盒这个容器里了。
3. 返回引用： 最后，`object` 变量 `obj` 存储的不再是栈上那个 `int` 的值本身，而是堆上那个“礼盒”的地址（引用）。
装箱的成本体现在哪里？
内存分配的开销： 在堆上分配内存，虽然有垃圾回收器（Garbage Collector，GC）帮忙管理，但它本身就需要一定的 CPU 时间来寻找可用的内存块，并进行相关的初始化操作。频繁的小块内存分配，对于 GC 来说也是一种负担，可能会增加 GC 收集的压力，甚至导致 GC 暂停，影响程序的响应性。
值的复制开销： 即使是复制一个小的 `int` 值，也需要 CPU 执行指令来完成。对于结构体（struct）这种值类型，如果它们包含多个字段，复制操作会更加显著。想象一下，你把一个装满小石头的盒子（大的结构体）再复制一份，这需要更多的时间和精力。
类型信息的开销： 堆上的对象不仅包含值，还包含与类型相关的信息，比如类型对象指针（Type Object Pointer, TOP）。这些信息使得对象能够被正确地处理，但它们也增加了每个装箱对象的大小。
拆箱（Unboxing）：给对象脱下外衣
反过来，当你有一个 `object` 类型的变量，里面装着一个被装箱的值类型，你想把它取出来，变回原来的值类型时，就需要进行“拆箱”。
就像你从礼盒里拿出苹果。你需要打开盒子，取出苹果，然后才能直接食用。
具体来说，拆箱做了什么？
1. 类型检查： 首先，C 需要检查这个 `object` 变量里实际存放的是否是你期望的值类型。这是一个安全检查，确保你不会错误地把一个香蕉（另一个类型）当成苹果。
2. 复制值： 如果类型检查通过，C 就会将堆上那个“礼盒”里存储的值，复制一份到栈上（如果你赋值给一个值类型变量）。就像你把盒子里的苹果拿出来，放到你的手中。
拆箱的成本体现在哪里？
类型检查的开销： 尽管类型检查的开销相对较小，但它仍然是 CPU 需要执行的操作。
值的复制开销： 与装箱时类似，拆箱也需要复制值，这会消耗 CPU 时间，尤其对于大的结构体。
潜在的 `InvalidCastException`： 如果你尝试将一个非目标类型的值类型从 `object` 中拆箱，就会抛出 `InvalidCastException`。虽然这本身不是一个“性能成本”，但捕获和处理异常也会带来性能损耗。
成本有多高？
很难给出一个绝对的数字，因为“高”是相对的。但是，我们可以这么理解：
相比于直接操作值类型： 装箱和拆箱的成本，无论是 CPU 时间还是内存分配，都远远高于直接在栈上操作值类型。
相对于其他常见操作： 比如一个简单的算术运算（加减乘除）或者一个方法调用，装箱和拆箱的成本可能会显得更明显，尤其是在循环中频繁进行时。
何时需要注意？
循环中： 如果你在一个性能敏感的循环中，每次循环都需要进行装箱或拆箱操作（例如，将值类型放入 `ArrayList` 或从 `ArrayList` 中取出，再或者在泛型出现之前，使用 `Hashtable` 存储值类型），那么累积的开销可能会非常可观，显著降低你的程序性能。
大量的装箱/拆箱： 如果你的程序会产生大量的装箱/拆箱操作，这不仅会增加 CPU 负担，还会频繁触及堆内存分配和垃圾回收，最终可能导致程序运行缓慢，甚至出现卡顿。
大型结构体： 对于包含大量字段的结构体，装箱和拆箱的复制开销会更严重。
如何避免或减少？
现代 C 提供了更好的工具来避免这些不必要的成本：
泛型集合（Generics）： 比如 `List`、`Dictionary` 等。它们允许你在编译时指定类型，从而避免了装箱和拆箱。当你使用 `List` 时，其中的元素就直接是 `int`，而不是被装箱成 `object`。
Span 和 Memory： 这些是更底层的类型，可以更高效地处理内存，避免不必要的复制和装箱。
使用 `struct` 时要谨慎： 如果你的 `struct` 很大，并且你经常需要将它赋值给 `object` 或在泛型方法之间传递（在某些情况下，即使是泛型，如果没有正确处理，也可能涉及装箱），那么你需要仔细考虑其设计。
总而言之，装箱和拆箱是 C 提供的一种便利的语言特性，允许值类型和引用类型之间进行交互。然而，这种便利是有代价的。在性能敏感的代码中，尤其是在循环或者需要处理大量数据时，你应该尽量避免不必要的装箱和拆箱，转而使用泛型集合或更现代的内存处理方式，以获得更好的性能表现。它们就像是给值类型穿脱一件“万能”的外衣，这件外衣虽然方便，但穿脱的过程总归是要耗费一些时间和资源的。
想象一下，你有一个简单的整数，比如 `int number = 10;`。它就老老实实地待在内存的某个地方，占据着固定的空间，它的值就是 10。这是最直接、最“轻盈”的存在方式。
装箱（Boxing）：给值类型穿上对象的外衣
当你需要将这个 `int` 赋值给一个 `object` 类型时，比如 `object obj = number;`，C 编译器就会帮你完成一个叫做“装箱”的操作。
这就像是你要把一个普普通通的苹果（值类型）放进一个礼盒（对象）里。这个礼盒不仅仅是苹果本身，它还需要额外的包装，比如盒子、填充物、甚至是一个漂亮的丝带。
具体来说，装箱做了什么？
1. 在堆上分配内存： 值类型本身是存在于栈（Stack）上的，栈的内存分配和释放非常快。但是，对象（Reference Type）是存在于托管堆（Managed Heap）上的。所以，当一个值类型被装箱时，C 需要在托管堆上为你分配一块新的内存空间，用来存放这个值以及它的一些额外信息。这块内存，就是用来“承载”你的 `int` 值的那个“礼盒”。
2. 复制值： 值类型的值会被复制一份，然后存储到堆上刚刚分配的内存空间里。就像你把苹果放进礼盒，苹果本身还是那个苹果，但它现在是在礼盒这个容器里了。
3. 返回引用： 最后，`object` 变量 `obj` 存储的不再是栈上那个 `int` 的值本身，而是堆上那个“礼盒”的地址（引用）。
装箱的成本体现在哪里？
内存分配的开销： 在堆上分配内存，虽然有垃圾回收器（Garbage Collector，GC）帮忙管理，但它本身就需要一定的 CPU 时间来寻找可用的内存块，并进行相关的初始化操作。频繁的小块内存分配，对于 GC 来说也是一种负担，可能会增加 GC 收集的压力，甚至导致 GC 暂停，影响程序的响应性。
值的复制开销： 即使是复制一个小的 `int` 值，也需要 CPU 执行指令来完成。对于结构体（struct）这种值类型，如果它们包含多个字段，复制操作会更加显著。想象一下，你把一个装满小石头的盒子（大的结构体）再复制一份，这需要更多的时间和精力。
类型信息的开销： 堆上的对象不仅包含值，还包含与类型相关的信息，比如类型对象指针（Type Object Pointer, TOP）。这些信息使得对象能够被正确地处理，但它们也增加了每个装箱对象的大小。
拆箱（Unboxing）：给对象脱下外衣
反过来，当你有一个 `object` 类型的变量，里面装着一个被装箱的值类型，你想把它取出来，变回原来的值类型时，就需要进行“拆箱”。
就像你从礼盒里拿出苹果。你需要打开盒子，取出苹果，然后才能直接食用。
具体来说，拆箱做了什么？
1. 类型检查： 首先，C 需要检查这个 `object` 变量里实际存放的是否是你期望的值类型。这是一个安全检查，确保你不会错误地把一个香蕉（另一个类型）当成苹果。
2. 复制值： 如果类型检查通过，C 就会将堆上那个“礼盒”里存储的值，复制一份到栈上（如果你赋值给一个值类型变量）。就像你把盒子里的苹果拿出来，放到你的手中。
拆箱的成本体现在哪里？
类型检查的开销： 尽管类型检查的开销相对较小，但它仍然是 CPU 需要执行的操作。
值的复制开销： 与装箱时类似，拆箱也需要复制值，这会消耗 CPU 时间，尤其对于大的结构体。
潜在的 `InvalidCastException`： 如果你尝试将一个非目标类型的值类型从 `object` 中拆箱，就会抛出 `InvalidCastException`。虽然这本身不是一个“性能成本”，但捕获和处理异常也会带来性能损耗。
成本有多高？
很难给出一个绝对的数字，因为“高”是相对的。但是，我们可以这么理解：
相比于直接操作值类型： 装箱和拆箱的成本，无论是 CPU 时间还是内存分配，都远远高于直接在栈上操作值类型。
相对于其他常见操作： 比如一个简单的算术运算（加减乘除）或者一个方法调用，装箱和拆箱的成本可能会显得更明显，尤其是在循环中频繁进行时。
何时需要注意？
循环中： 如果你在一个性能敏感的循环中，每次循环都需要进行装箱或拆箱操作（例如，将值类型放入 `ArrayList` 或从 `ArrayList` 中取出，再或者在泛型出现之前，使用 `Hashtable` 存储值类型），那么累积的开销可能会非常可观，显著降低你的程序性能。
大量的装箱/拆箱： 如果你的程序会产生大量的装箱/拆箱操作，这不仅会增加 CPU 负担，还会频繁触及堆内存分配和垃圾回收，最终可能导致程序运行缓慢，甚至出现卡顿。
大型结构体： 对于包含大量字段的结构体，装箱和拆箱的复制开销会更严重。
如何避免或减少？
现代 C 提供了更好的工具来避免这些不必要的成本：
泛型集合（Generics）： 比如 `List
Span
使用 `struct` 时要谨慎： 如果你的 `struct` 很大，并且你经常需要将它赋值给 `object` 或在泛型方法之间传递（在某些情况下，即使是泛型，如果没有正确处理，也可能涉及装箱），那么你需要仔细考虑其设计。
总而言之，装箱和拆箱是 C 提供的一种便利的语言特性，允许值类型和引用类型之间进行交互。然而，这种便利是有代价的。在性能敏感的代码中，尤其是在循环或者需要处理大量数据时，你应该尽量避免不必要的装箱和拆箱，转而使用泛型集合或更现代的内存处理方式，以获得更好的性能表现。它们就像是给值类型穿脱一件“万能”的外衣，这件外衣虽然方便，但穿脱的过程总归是要耗费一些时间和资源的。
网友意见
低到通常不做Profiling根本不会想到这个问题。
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当然，我们来聊聊如何在 C 中实现一个避免装箱的通用容器。这实际上是一个挺有意思的话题，因为它触及了 C 类型系统和性能优化的核心。你提到的“装箱”（boxing）是指当一个值类型（比如 `int`, `float`, `struct`）被当作引用类型（比如 `object`）来处理时，会在托管堆上.............
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