C++：最强大的.NET语言之装箱

C++：最强大的.NET语言之装箱2007-05-16 天极谢启东编…再论类型

在讨论装箱（boxing）之前，有必要弄清楚为什么值类型与引用类型之间会有所区别。

一个含有数值的值类型的实例，和一个指向对象的引用类型的实例，它们有什么区别呢？除了存储对象所需的内存之外，每一个对象都会有一个对象头，目的是为面向对象的编程提供基本的服务，如存在虚方法的类，嵌入其中的元数据等等。由虚方法和接口间接结合的对象头，其内存开销通常会很大，哪怕你所需要的只是一个静态类型的数值，也会带来一些编译器的强制操作。有趣的是，在某些情况下，编译器能优化掉一些对象开销，但不总是能起作用。如果你非常在意托管代码的执行效率，那么使用数值或值类型将会有所益处，但在本地C++的类型中，这不算一个很大的区别，当然，C++也没有强制任何编程范式，所以也有可能在C++之上，通过创建库来建立一个这样截然不同的类型系统。

装箱

什么是装箱（boxing）？装箱是一种用来桥接数值和对象的机制。尽管CLR的每种类型都是直接或间接从Object类派生而来，但数值却不是。一个堆栈上的数值（如整形int），只不过是一个编译器会进行某种特定操作的内存块。如果你实在想把一个数值当成一个对象，必须对数值调用从Object继承而来的方法，为了实现这一点，CLR提供了装箱的概念。知道一点装箱的原理还是有点用的，首先，一个数值通过使用ldloc IL指令入栈，接下来，装箱IL指令运行，把数值类型提升，CLR再把数值出栈，并分配足够的空间存储数值与对象头，然后一个对新建对象的引用被压入栈，所有这些就是装箱指令要做的事。最后，为取得对象引用，stloc IL指令从堆栈中弹出引用，并把它存储在局部变量中。

现在，问题是：在编程语言中，对数值的装箱操作，是应该表现为隐式还是显式呢？换句话说，是否应使用一个显式转换或其他构造函数呢？C#语言设计者决定做成隐式转换，毕竟，一个整形数是从Object间接继承来的Int32类型。

int i = 123;
object o = i;
问题来了，正如我们所知，装箱不是一个简单的向上转换，它有点像把一个数值转换成一个对象，是一个存在潜在代价的操作。正是因为这个原因，托管C++通过使用关键字__box，来进行显式装箱。

int i = 123;
Object* o = __box（i）;
当然，在托管C++中，当装箱一个数值时，不会失去静态类型信息，而这一点，正是C#所缺乏的。

int i = 123;
int __gc* o = __box（i）;
指定强类型的装箱值有利于再次转换回到一个数值类型，或被称为解箱（unboxing），不使用dynamic_cast，只是简单地解引用一个对象。

int c = *o;
当然，托管C++的显式装箱所带来的句法上的花销，在许多情况下已被证明是巨大的。正因为此，改变了C++/CLI语言的设计过程，成了与C#保持一致--隐式装箱。在相同情况下，它在直接表示强类型装箱数值上保持了类型安全，而这正是其他 .NET语言所做不到的。

int i = 123;
int^ hi = i;
int c = *hi;
hi = nullptr;
在此，也暗示着一个没有指向任何对象的句柄，不能被初始化为零，在这一点上，与指针是一致的，因为这将导致只是把数值"零"装箱；同时这也是常量nullptr存在的原因，它能被赋给任何句柄，且是C#中关键字null的对等物。尽管在C++/CLI语言设计中，nullptr是一个新的保留字，但它已被Herb Sutter和Bjarne Stroustrup提议增加在标准C++中。编写引用和值类型

在C#中，通常用关键字class来声明一个引用类型，而用关键字struct来声明值类型： class ReferenceType {}
struct ValueType {}
对于class和struct，C++已经有定义好了的含义，所以这在C++中行不通。在最初的语言设计上，放置在类前的关键字__gc表示这是一个引用类型，而关键字__value则表示这是一个值类型。

__gc class ReferenceType {};
__value class ValueType {};
C++/CLI在那些不会与用户的其他标识符发生冲突的地方引入了"空隔"关键字。为了声明一个引用类型，只需在class或struct之前加上ref，类似地，可用value来声明值类型。

ref class ReferenceType {};
ref struct ReferenceType {};

value class ValueType {};
value struct ValueType {};
关于使用class还是struct，与默认状态下类成员的可见度有关，在CLR中，最大的不同之处在于，只支持公有继承。使用private（私有）或protected（保护）继承都将会导致编译错误，因此，显式声明公有继承是合法但却多余的。