Boxing y unboxing

Dado que toda estructura deriva de System.Object, ha de ser posible a través del polimorfismo almacenar objetos de estos tipos en objetos object. Sin embargo, esto no puede hacerse directamente debido a las diferencias semánticas y de almacenamiento que existen entre clases y estructuras: un object siempre ha de almacenar una referencia a un objeto en memoria dinámica y una estructura no tiene porqué estarlo. Por ello ha de realizársele antes al objeto de tipo valor una conversión conocida como boxing. Recíprocamente, al proceso de conversión de un object que contenga un objeto de un tipo valor al tipo valor original se le denomina unboxing.

El proceso de boxing es muy sencillo. Consiste en envolver el objeto de tipo valor en un objeto de un tipo referencia creado específicamente para ello. Por ejemplo, para un objeto de un tipo valor T, el tipo referencia creado sería de la forma:

class T_Box
{
T value;
T_Box(T t)
{
value = t;
}
}

En realidad todo esto ocurre de forma transparente al programador, el cual simplemente asigna el objeto de tipo valor a un objeto de tipo referencia como si de cualquier asignación polimórfica se tratase. Por ejemplo:

int p = new Punto(10,10);
object o = p; // boxing. Es equivalente a object o = new Punto_Box(p);

En realidad la clase envoltorio arriba escrita no se crea nunca, pero conceptualmente es como si se crease. Esto se puede comprobar viendo a través del siguiente código que el verdadero tipo del objeto o del ejemplo anterior sigue siendo Punto (y no Punto_Box):

Console.WriteLine((p is Punto));

La salida por pantalla de este código es True, lo que confirma que se sigue considerando que en realidad p almacena un Punto (recuérdese que el operador is sólo devuelve true si el objeto que se le pasa como operando izquierdo es del tipo que se le indica como operando derecho)

El proceso de unboxing es también transparente al programador. Por ejemplo, para recuperar como Punto el valor de tipo Punto almacenado en el objeto o anterior se haría:

p = (Punto) o; // Es equivalente a ((Punto_Box) o).value

Obviamente durante el unboxing se hará una comprobación de tipo para asegurar que el objeto almacenado en o es realmente de tipo Punto. Esta comprobación es tan estricta que se ha de cumplir que el tipo especificado sea exactamente el mismo que el tipo original del objeto, no vale que sea un compatible. Por tanto, este código es inválido:

int i = 123;
object o = i;
long l = (long) o // Error: o contiene un int, no un long

Sin embargo, lo que si sería válido es hacer:

long l = (long) (int) o;

Como se puede apreciar en el constructor del tipo envoltorio creado, durante el boxing el envoltorio que se crea recibe una copia del valor del objeto a convertir, por lo que los cambios que se le hagan no afectarán al objeto original. Por ello, la salida del siguiente código será 10:

Punto p = new Punto(10,10);
object o = p; // boxing
p.X = 100;
Console.WriteLine( ((Punto) o).X); // unboxing

Sin embargo, si Punto se hubiese definido como una clase entonces sí que se mostraría por pantalla un 100 ya que entonces no se haría boxing en la asignación de p a o sino que se aplicaría el mecanismo de polimorfismo normal, que consiste en tratar p a través de o como si fuese de tipo object pero sin realizarse ninguna conversión.

El problema del boxing y el unboxing es que son procesos lentos, ya que implican la creación y destrucción de objetos envoltorio. Por ello puede interesar evitarlos en aquellas situaciones donde la velocidad de ejecución de la aplicación sea crítica, y para ello se proponen varias técnicas:

Si el problema se debe al paso de estructuras como parámetros de métodos genéricos que tomen parámetros de tipo object, puede convenir definir sobrecargas de esos métodos que en lugar de tomar objects tomen objetos de los tipos estructura que en concreto la aplicación utiliza

A partir de la versión 2.0 de C#, se pueden utilizar las denominadas plantillas o genéricos, que no son más que definiciones de tipos de datos en las que no se indica cuál es el tipo exacto de ciertas variables sino que se deja en función de parámetros a los que puede dárseles distintos valores al crear cada objeto de ese tipo. Así, en vez de crearse objetos con métodos que tomen parámetros object, se podrían ir creando diferentes versiones del tipo según la estructura con la se vaya a trabajar. El Tema 21: Novedades de C# 2.0 explica esto más detalladamente.

Muchas veces conviene hacer unboxing para poder acceder a miembros específicos de ciertas estructuras almacenadas en objects, aunque a continuación vuelva a necesitarse realmacenar la estructura en un object. Para evitar esto una posibilidad sería almacenar en el objecto no directamente la estructura sino un objeto de una clase envolvente creada a medida por el programador y que incluya los miembros necesarios para hacer las operaciones anteriores. Así se evitaría tener que hacer unboxing, pues se convertiría de object a esa clase, que no es un tipo valor y por tanto no implica unboxing.

Con la misma idea, otra posibilidad sería que el tipo estructura implementase ciertas interfaces mediante las que se pudiese hacer las operaciones antes comentadas. Aunque las interfaces no se tratarán hasta el Tema 15: Interfaces, por ahora basta saber que las interfaces son también tipos referencia y por tanto convertir de object a un tipo interfaz no implica unboxing.