如何避免泛型枚举类型实现中的不必要装箱操作？

问题背景 #

现有基类定义：

public abstract class EnumType<TEnum, TValue>
    where TEnum : struct, IConvertible
    where TValue : struct
{
    public abstract TEnum GetEnumValue(TValue value);
}

以及派生类：

public sealed class ByteEnumType<T> : EnumType<T, byte>
    where T : struct, IConvertible
{
    public override T GetEnumValue(byte value) => (T)Enum.ToObject(typeof(T), (int)value);
}

和：

public sealed class CharEnumType<T> : EnumType<T, char>
    where T : struct, IConvertible
{
    public override T GetEnumValue(char value) => (T)Enum.ToObject(typeof(T), (int)value);
}

上述实现中，Enum.ToObject方法会引入不必要的装箱操作，需要找到避免装箱的替代方案。

解决方案 #

方案1：使用Unsafe类实现无装箱转换（.NET Core/.NET 5+）

借助System.Runtime.CompilerServices.Unsafe的类型转换方法，直接在值类型间做内存级转换，完全规避装箱：

针对ByteEnumType<T>：

public sealed class ByteEnumType<T> : EnumType<T, byte>
    where T : struct, IConvertible
{
    public override T GetEnumValue(byte value)
    {
        // 校验枚举底层类型与byte匹配，避免内存错误
        if (Enum.GetUnderlyingType(typeof(T)) != typeof(byte))
            throw new ArgumentException("枚举的底层类型必须为byte");
            
        return Unsafe.As<byte, T>(ref value);
    }
}

针对CharEnumType<T>：

public sealed class CharEnumType<T> : EnumType<T, char>
    where T : struct, IConvertible
{
    public override T GetEnumValue(char value)
    {
        if (Enum.GetUnderlyingType(typeof(T)) != typeof(char))
            throw new ArgumentException("枚举的底层类型必须为char");
            
        return Unsafe.As<char, T>(ref value);
    }
}

方案2：预编译表达式树（兼容更早.NET版本）

如果需要兼容.NET Framework等不支持Unsafe类的环境，可以在静态构造函数中预编译转换委托，后续调用直接执行委托，避免每次调用的装箱开销：

以ByteEnumType<T>为例：

public sealed class ByteEnumType<T> : EnumType<T, byte>
    where T : struct, IConvertible
{
    private static readonly Func<byte, T> _converter;

    static ByteEnumType()
    {
        var param = Expression.Parameter(typeof(byte));
        var convertExpr = Expression.Convert(param, typeof(T));
        _converter = Expression.Lambda<Func<byte, T>>(convertExpr, param).Compile();
    }

    public override T GetEnumValue(byte value) => _converter(value);
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Weifen Luo