泛型與裝箱：抽屜每格先貼好標籤，int 直接放進去（C# List<T> 與 ArrayList）

練習 1：放錯東西，誰先發現？

建檔把 Program.cs 換成：

using System.Collections;

var items = new ArrayList();
items.Add(1);
items.Add(2);
items.Add("三");          // 編譯器不攔：ArrayList 什麼都收

int sum = 0;
foreach (object item in items)
{
    sum += (int)item;   // 拿出來要自己轉回 int
}
Console.WriteLine($"總和 = {sum}");

先猜會印出 總和 = 3，還是出錯？在什麼時候出錯？

執行dotnet run

Unhandled exception. System.InvalidCastException: Unable to cast object of type 'System.String' to type 'System.Int32'.

再試把 Program.cs 換成泛型版：

var nums = new List<int>();
nums.Add(1);
nums.Add(2);
nums.Add("三");         // 這次編譯器會攔嗎？

int sum = 0;
foreach (int n in nums)
{
    sum += n;           // 不用轉型
}
Console.WriteLine($"總和 = {sum}");

dotnet run：

Program.cs(4,10): error CS1503: Argument 1: cannot convert from 'string' to 'int'

這證明ArrayList 要到程式跑起來、走到那一行才爆；List<int> 在寫的當下就擋下，程式根本跑不起來。

練習 2：親手量裝箱的代價

Measure 怎麼寫的不用看懂，只看輸出。

建檔把 Program.cs 換成：

using System.Collections;
using System.Diagnostics;

const int N = 10_000_000;            // 一千萬個 int

for (int round = 1; round <= 3; round++)
{
    Console.WriteLine($"--- 第 {round} 輪 ---");
    Measure("ArrayList", () =>
    {
        var list = new ArrayList(N);
        for (int i = 0; i < N; i++) list.Add(i);        // 每次 Add 都裝箱
        long sum = 0;
        for (int i = 0; i < N; i++) sum += (int)list[i]!; // 每次讀都要檢查、抄出來
        return sum;
    });
    Measure("List<int>", () =>
    {
        var list = new List<int>(N);
        for (int i = 0; i < N; i++) list.Add(i);        // 直接放 int
        long sum = 0;
        for (int i = 0; i < N; i++) sum += list[i];      // 直接拿 int
        return sum;
    });
}

static void Measure(string name, Func<long> work)
{
    GC.Collect();
    long bytesBefore = GC.GetAllocatedBytesForCurrentThread();
    int gcBefore = GC.CollectionCount(0);
    var sw = Stopwatch.StartNew();

    long sum = work();

    sw.Stop();
    long mb = (GC.GetAllocatedBytesForCurrentThread() - bytesBefore) / 1_000_000;
    int gcs = GC.CollectionCount(0) - gcBefore;
    Console.WriteLine($"{name,-10} 花 {sw.ElapsedMilliseconds,4} ms，配置 {mb,4} MB，GC {gcs,3} 次（sum={sum}）");
}

先猜兩邊總和一樣。記憶體差幾倍？時間差幾倍？

執行量效能一定要用 Release 模式：

dotnet run -c Release

--- 第 1 輪 ---
ArrayList  花  461 ms，配置  320 MB，GC  30 次（sum=49999995000000）
List<int>  花   12 ms，配置   40 MB，GC   0 次（sum=49999995000000）
--- 第 2 輪 ---
ArrayList  花  253 ms，配置  320 MB，GC  29 次（sum=49999995000000）
List<int>  花   11 ms，配置   40 MB，GC   0 次（sum=49999995000000）
--- 第 3 輪 ---
ArrayList  花  435 ms，配置  320 MB，GC  30 次（sum=49999995000000）
List<int>  花   11 ms，配置   40 MB，GC   0 次（sum=49999995000000）

你會看到記憶體每輪都是 320 MB 對 40 MB；時間每輪都慢 20 倍以上。你的毫秒會不同，MB 應該一樣。（GC＝系統回收沒人用的記憶體，那些盒子要靠它收。）

這證明用第三步的數字算：8 bytes × 一千萬 ＝ 80 MB 的地址，加上 24 bytes × 一千萬 ＝ 240 MB 的盒子，正好 320 MB。List<int> 是 4 bytes × 一千萬 ＝ 40 MB。