CLR 筆記：基元、引用與值類型——裝箱拆箱、相等性與哈希碼

5.1 基元類型

• 編譯器直接支援的資料類型稱為基元類型，直接對應 FCL 型別（如 using string = System.String; 自動產生）。
• FCL 型別在 C# 有對應基元類型，但 CLS 未必有（如 SByte, UInt16）。
• C# 允許「安全」時隱式轉型（無資料遺失），Int32→Int64 隱式，反向需顯式（截斷處理）。
• unchecked/checked 控制溢位檢查。每個運算子對應兩組 IL 指令（如 Add/Add.ovf）。預設關閉溢位檢查。
• 控制方式：/checked+ 編譯器開關；checked/unchecked 運算子或區塊。Decimal 在 CLR 非基元類型，checked 對其無效。

5.2 引用類型與值類型

• 引用類型從託管堆配置記憶體；值類型從執行緒堆疊配置。
• 值類型無需指標，不受 GC 制約。
• struct 和 enum 為值類型；其餘為引用類型（Int32, Boolean, Decimal, TimeSpan 皆為結構）。
• struct → System.ValueType → System.Object；enum → System.Enum → System.ValueType。
• 值類型皆為 sealed，可實作介面。
• new 對值類型：C# 確保所有欄位初始化為 0；用 new 則視為已初始化。

使用值類型而非引用類型的情況

1. 型別具有基元類型行為：不可變類型，欄位不變。
2. 不需繼承任何類型。
3. 型別為 sealed。
4. 型別大小：實例較小 (<16KB) 或較大但不作為參數/回傳值使用。

5.3 值類型裝箱與拆箱

Boxing：1) 託管堆配置記憶體（含欄位、型別物件指標、同步區塊索引）。2) 複製欄位至新記憶體。3) 返回物件位址。→ 已裝箱物件生命週期超過未裝箱值類型（後者可重用，前者待 GC 回收）。

Unboxing：1) 取得已裝箱物件欄位位址。2) 將值從堆複製至堆疊值類型實例。→ 引用為 null 拋 NullReferenceException；無法正確轉型拋 InvalidCastException。

裝箱前型別為何，拆箱必須轉回該型別（基底/衍生類型皆不行）：Int16 y = (Int16)(Int32)o;。拆箱返回已裝箱物件未裝箱部分的位址。

減少裝箱：多數方法多載為減少值類型裝箱（如 Console.WriteLine）。可為自己類別定義泛型方法（型別參數為值類型則無裝箱）。最壞情況手動控制：Object o = v; WriteLine("{0},{1},{2}", o, o, o); 僅裝箱一次。

未裝箱值類型無同步區塊索引，不可用 Monitor 或 lock。值類型可用 Object 虛方法 Equals, GetHashCode, ToString（ValueType 重寫，參數為未裝箱型別，CLR 以非虛方式直接呼叫）。非虛方法 GetType, MemberwiseClone 需裝箱。值類型實作介面並轉型為介面時需裝箱。

5.4 使用介面修改已裝箱值類型

範例展示：直接轉型修改為臨時物件；透過介面修改可改變原裝箱物件。

5.5 物件相等性與同一性

• 相等性：Equality（型別與成員相同）。
• 同一性：Identity（指向同一物件）。
• Object.Equals 預設實作同一性。重寫 Equals 實現相等性：先檢查 null、再比較 GetType()、最後比較所有欄位。
• 重寫 Equals 後無法測試同一性，Object.ReferenceEquals 提供同一性檢查。勿用 C# ==（可能重載），除非轉型為 Object。
• ValueType 以反射重寫 Equals（檢測相等性），自訂值類型應重寫提升效能，勿呼叫 base.Equals()。

5.6 物件哈希碼

• 重寫 Equals 必須重寫 GetHashCode，否則編譯器警告（Hashtable/Dictionary 要求相等物件哈希碼相同）。
• 原理：新增/查找鍵值對皆透過 HashCode 定位。修改鍵值導致找不到，正確做法：先移除再新增。
• 勿用 Object.GetHashCode 取得唯一性。FCL 提供 RuntimeHelpers.GetHashCode（靜態，非重寫）。ValueType 以反射實作 GetHashCode。