ボックス化とボックス化解除 (C# プログラミング ガイド)

ボックス化は、 値型 を object 型またはこの値型によって実装された任意のインターフェイス型に変換するプロセスです。 共通言語ランタイム (CLR) が値型をボックス化すると、 System.Object インスタンス内の値がラップされ、マネージド ヒープに格納されます。 ボックス化を解除すると、オブジェクトから値の型が抽出されます。 ボクシングは暗黙的です。アンボクシングは明示的です。 ボックス化とボックス化解除の概念は、任意の型の値をオブジェクトとして扱うことができる型システムの C# 統合ビューの基になります。

次の例では、整数変数 i ボックス 化され 、オブジェクト oに割り当てられます。

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

その後、オブジェクト o をボックス化解除し、整数変数 iに割り当てることができます。

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

次のコードは、C# でのボックス化の使用例です。

// 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

[パフォーマンス]

単純な割り当てに関して、ボックス化とアンボックス化は計算上高価なプロセスです。 値型がボックス化されている場合は、新しいオブジェクトを割り当てて構築する必要があります。 ボックス化ほどではありませんが、ボックス化解除に必要なキャストも大きな負荷がかかります。 詳細については、「 パフォーマンス」を参照してください。

ボクシング

ボックス化は、値型をガベージ コレクション ヒープに格納するために使用します。 ボックス化は、 値型 から object 型、またはこの値型によって実装される任意のインターフェイス型への暗黙的な変換です。 値型をボックス化すると、ヒープにオブジェクト インスタンスが割り当てられ、その値が新しいオブジェクトにコピーされます。

値型変数の次の宣言について考えてみましょう。

int i = 123;

次のステートメントは、変数 iにボックス化操作を暗黙的に適用します。

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

このステートメントによって、スタック上にoというオブジェクト参照が作成され、そのオブジェクト参照は、ヒープ上のint型の値を参照します。 この値は、変数 iに割り当てられた値型の値のコピーです。 iとoの 2 つの変数の違いを、ボックス化変換の次の図に示します。

次の例に示すように、明示的にボックス化を実行することもできますが、明示的なボックス化は不要です。

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

例

次の使用例は、ボックス化を使用して、整数変数 i をオブジェクト o に変換します。 次に、変数 i に格納されている値が 123 から 456に変更されます。 この例は、元の値の型とボックス化されたオブジェクトが個別のメモリ位置を使用するため、異なる値を格納できることを示しています。

        // 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

開封の儀

ボックス化解除は、 object 型から 値型 への明示的な変換、またはインターフェイス型からインターフェイスを実装する値型への明示的な変換です。 ボックス化解除操作は、次の要素で構成されます。

• オブジェクト インスタンスを調べて、指定された値型のボックス化された値であることを確認します。

• インスタンスから値型変数に値をコピーする。

次のステートメントに、ボックス化およびボックス化解除の両方を示します。

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

次の図は、前のステートメントの結果を示しています。

実行時に値型のボックス化解除を成功させるには、ボックス化解除される項目は、その値型のインスタンスをボックス化することによって以前に作成されたオブジェクトへの参照である必要があります。 nullのボックス化を解除しようとすると、NullReferenceExceptionが発生します。 互換性のない値型への参照のボックス化を解除しようとすると、 InvalidCastExceptionが発生します。

例

次の例は、無効なボックス化解除の結果、InvalidCastException が発生する場合を示しています。 tryとcatchを使用すると、エラーが発生したときにエラー メッセージが表示されます。

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.");
        }
    }
}

このプログラムは次のように出力します。

Specified cast is not valid. Error: Incorrect unboxing.

ステートメントを変更する場合:

int j = (short)o;

宛先：

int j = (int)o;

変換が実行され、出力が表示されます。

Unboxing OK.

C# 言語仕様

詳細については、C# 言語仕様のを参照してください。 言語仕様は、C# の構文と使用法の決定的なソースです。

こちらも参照ください

• 参照型
• 値型