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July 21 对象引用与托管指针（object references and managed pointers）C/C++中的指针是一种非常灵活而强大的引用机制，但同时也非常脆弱，稍有不慎，就会出错。
Java完全摈弃了指针的概念，而代之以对象引用（object reference），基本上消灭了由指针而导致的错误。
C#借鉴了Java的作法，引入了对象引用的概念，但同时，不像Java做的那么绝，仍然提供了指针的概念。
CLR支持三种类型的指针：
1) 托管指针（managed pointers）
2) 非托管指针（unmanaged pointers）
3) 非托管函数指针（unmanaged function pointers）
托管指针是一种新类型的指针，指向托管堆中的内存区。
非托管指针是传统的C/C++指针，指向非托管内存区。
非托管函数指针也是传统的C/C++指针，指向函数地址。
C#中的指针属于非托管指针，在C#中不能直接使用托管指针，但作为 by-ref 参数传递机制的 ref 和 out 机制就是利用托管指针实现的。
C#代码：
using System;
public class Test
{
}
编译以后，生成如下 IL 代码（为了简单起见，这里只取compute()方法的 IL 代码）：
.method private hidebysig static void compute(int32 x, [out] int32& y) cil managed
{ // Code size 7 (0x7) .maxstack 8 IL_0000: nop IL_0001: ldarg.1 IL_0002: ldarg.0 IL_0003: ldc.i4.2 IL_0004: mul IL_0005: stind.i4 IL_0006: ret } // end of method Test::compute 从compute()的 IL 代码即可明显看出，参数 y 的类型即是托管指针 int32&。
stind.i4 指令将栈顶的 32 位整数值存储到由次栈顶元素（即参数 y）所指示的内存地址中。
上面的C#代码用的是 out 指示符，如果换成 ref 指示符，生成的 IL 代码是一样的，所不同的是，C#编译器会检查 m 的赋值情况，在执行 compute(n, ref m) 之前，m 必须被明确赋值（definite assigned），而对于 out 指示符，m 不需要赋值。
托管指针和非托管指针的区别是明显的，托管指针指向的是托管堆中的地址，而非托管指针指向的是非托管内存中的地址。
那么，对象引用与托管指针又有什么不同呢？
从物理实现的角度看，对象引用也是一种指针，而且是一种托管类型的指针。与托管指针不同，对象引用只能指向对象的起始位置，而不能指向对象内部，也就是说，对象引用指向的是对象的整体，而非局部。
而托管指针一般是指向对象内部某个成员的地址。除此之外，托管指针还可以指向求值栈（evaluation stack）中的位置，或静态变量，甚至非托管内存区。
July 20 To box or not to box (III)C#代码：
using System;
public class Test
{
}
编译以后，生成如下的IL代码：
.method public hidebysig static void Main() cil managed
{ .entrypoint // Code size 17 (0x11) .maxstack 1 .locals init (object V_0, int32 V_1) IL_0000: nop IL_0001: ldc.i4.s 30 IL_0003: box [mscorlib]System.Int32 IL_0008: stloc.0 IL_0009: ldloc.0 IL_000a: unbox.any [mscorlib]System.Int32 IL_000f: stloc.1 IL_0010: ret } // end of method Test::Main 其中，局部变量 o 成为 V_0，局部变量 k 成为 V_1。
ldc.i4.s 30 指令我们上文已经见过，将 30 推入栈中。
box [mscorlib]System.Int32 指令将栈顶元素（30）进行装箱操作，并将对象引用推入栈中。
stloc.0 指令将栈顶元素（30装箱后的对象引用）存入 V_0。
ldloc.0 将 V_0 推入栈中。
unbox 指令有两种形式：unbox valuetype，unbox.any typeTok。
unbox valuetype 的意思是将装箱的值类型转换为其原初形式（raw form）[1]，实际上是返回指向对象中的值的指针（valueTypePtr），并推入栈中。
unbox.any typeTok 指令抽取对象中的值（也就是被装箱的值），返回，并推入栈中。
由此可见，指令 unbox 和 unbox.any 是不同的：unbox 只是返回指向值的指针，而 unbox.any 则返回实际的值。
unbox.any [mscorlib]System.Int32 指令从栈顶元素（对象引用，即 o）所引用的对象中抽取装箱的值（即30），并将其推入栈顶。
stloc.1 指令将栈顶元素存入 V_1（即 k）。
由此可见，相比装箱操作（boxing）而言，拆箱操作（unboxing）只是取对象中的地址或抽取对象中的值，并不算太费时。
[1] 值类型有两种表示：
1) 原初形式（raw form） ，当某个值类型嵌入其它对象中时，即以原初形式表示；
2) 装箱形式（boxed form），当某个值类型的数值（data）被装箱到一个对象中时，即以装箱形式表示，此时可以作为一个独立的实体（an independent entity）而存在。
July 19 To box or not to box (II)C#代码：
using System;
public class Test
{
}
编译以后，将生成如下的IL代码：
.method public hidebysig static void Main() cil managed
{ .entrypoint // Code size 22 (0x16) .maxstack 2 .locals init (int32 V_0) IL_0000: nop IL_0001: ldc.i4.s 30 IL_0003: stloc.0 IL_0004: ldstr "n: {0}" IL_0009: ldloc.0 IL_000a: box [mscorlib]System.Int32 IL_000f: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string, object) IL_0014: nop IL_0015: ret } // end of method Test::Main ldc.i4.s num 的意思是 push num onto the stack as int32, short form. 所以 ldc.i4.s 30 的意思是将 30 作为 32 位整数推入栈顶。
stloc.0 的意思是 pop a value from stack into local variable 0.
所以 ldc.i4.s 30 和 stloc.0 两条指令执行的结果是完成C#中的赋值（变量定义）语句：
int n = 30;
这里，局部变量 n 变成了 V_0。
ldstr "n: {0}" 指令的意思是将字符串 "n: {0}" 推入栈顶。
ldloc.0 的意思是 load local variable 0 onto stack，即将 V_0 的值推入栈顶。（此时由ldstr推入的字符串成为次栈顶元素。）
box typeTok 的意思是 convert a boxable value to its boxed form，即将值转换为装箱形式，即引用类型。
box [mscorlib]System.Int32 即是将栈顶的 32 位整数值转换为装箱后的形式，然后返回对象引用，并将此对象引用推入栈顶。
call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string, object) 即是以栈顶元素（装箱后的对象引用）和次栈顶元素（由ldstr推入的字符串）为参数，调用WriteLine方法。
这段代码唯一不好理解的是由 box 完成的装箱操作。
简单说来，box 操作分为三步：
1) 创建一个无名的新对象，类似于 new Object()；
2) 将要装箱的值（存在于栈顶）从栈顶弹出，拷贝到新创建的对象中；
3) 返回该对象引用，并推入栈顶。
如果转换为C的语义，可以这样理解：
1) 调用malloc()分配适当大小的内存区；
2) 将值从栈中弹出，拷贝到该内存区；
3) 返回该内存区的地址，并推入栈顶。
当然，这只是一个有助于理解的类比，实际的实现并不一定与此相同。
由 box 指令的操作可以看出，存在两个比较费时的操作，即1) 创建新对象，以及2) 值的拷贝。
由此可见，虽然C#通过 boxing 机制模糊了引用类型和值类型的边界，使得程序员可以写出一致的代码，但 box 操作不可避免地存在着性能损失。所以，应该尽可能地避免 box 操作。
July 15 To box or not to box给定：
int n = 30;
下面的两条C#语句有什么区别吗？
1. System.Console.WriteLine("n: {0}", n);
2. System.Console.WriteLine("n: {0}", n.ToString());
当然，这两条语句产生的结果是没有任何区别的：
n: 30
既然如此，还有什么可研究的吗？先别急着下结论，研究研究再说。
首先，我们来看看WriteLine()的语法格式：
public static void WriteLine(string format, Object arg0)
从此语法格式可知，WriteLine()的第二个参数要求是Object类型，上述的语句2是满足的，因为n.ToString()的结果是string类型，而string类型就是Object类型；而语句1是不满足的，因为n是值类型（value type），而WriteLine()又没有形如WriteLine(string format, int arg0)的语法，既然如此，那 n 又是如何转换为 Object 类型的呢？（否则编译就会出错：类型不匹配！）
C#区分了引用类型（reference type）和值类型（value type）。
引用类型涉及到两个实体（当然，对程序员是透明的）：对象和对象引用，对象存在于堆（heap）中，而对象引用存在于栈（stack）中。对于一个对象，可以存在若干个对象引用指向该对象；当然也存在不指向任何对象的对象引用，该对象引用的值即为null；对于不存在任何对象引用的对象，即成为GC要回收的对象。
而对于值类型，只存在一个实体，即值本身，该实体存在于栈中。
由此可见，引用类型和值类型有着很大的区别。这种区别有时候是必要的，如：
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
}
这里的循环控制变量 i 作为值类型，就非常自然而高效。如果 i 也作为引用类型，将大大降低 for 语句的效率。但有的时候却是不必要的，如上述的WriteLine()语句，如果引用类型和值类型不能互相转换，则必须要有类似如下的WriteLine语法：
public static void WriteLine(string format, int arg0)
而且WriteLine对于所有的值类型都要有类似的语法，这将使得 FCL 非常庞大而笨拙！
C#语言通过 box/unbox 设施（机制）比较好地解决了这个问题。使得下述声明
public static void WriteLine(string format, Object arg0)
适用于所有的数据类型。所以，我们可以写出像
WriteLine("n: {0}", n);
这样的语句。这里的 n 通过 box 机制自动转换为 Object 类型。通过检查编译器生成的中间代码可以更清楚地看出这一点：
.locals init (int32 V_0)
IL_0000: nop IL_0001: ldc.i4.s 30 IL_0003: stloc.0 IL_0004: ldstr "n: {0}" IL_0009: ldloc.0 IL_000a: box [mscorlib]System.Int32 IL_000f: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string, object) 从这段 IL 代码中可以看出，n 通过 box 指令转换为了引用类型，然后再调用WriteLine(string, object)方法。
从这个例子可以看出，C#中的 box/unbox 机制，就像 using 语句（using statement，非using directive）一样，是一种便用设施（handy facility）。这种便用设施使得程序更加优雅，正因为此，Java语言从5.0开始也引入了 box/unbox 机制。
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