UpCasting과 DownCasting // Boxing과 UnBoxing

UpCasting 과 DownCasting

닷넷 카톡방에서 UpCasting, DownCasting 이슈가 나왔었습니다. 객체지향 프로그래밍에서 상속받는 부모클래스가 있는 클래스가 부모 클래스로 형변환 할 시 UpCasting이라고 하고, 반대로 부모클래스를 자식 클래스로 형변환하는 것을 DownCasting이라고 합니다. 예를 들어,

interface IParent
{
  void Hello();
}

class ChildClass : IParent
{
  protected void Hello()
  {

  }
}

void Main()
{
  IParent a = new ChildClass();
}

Boxing 과 UnBoxing

위와 같은 코드는 ChildClass가 IParent 인터페이스를 상속받는데 IParent에 ChildClass형 인스턴스를 할당했으니 이것은 UpCasting이라고 볼 수 있겠습니다. 여기서 제가 그럼 Boxing도 UpCasting의 종류입니까?하고 한분께 여쭤봤습니다. 답은 No이며 완전히 다른 개념이라고 하셨지만 이해가 잘 되지 않았습니다.

제가 알고 있던 Boxing이란 객체지향에서 object Type이 모든 클래스의 시조이며, 여러가지 기본형이나, 사용자 정의 클래스나 object로 형변환하는 것을 Boxing, 반대로 형변환 하는 것을 UnBoxing 이라고 알았습니다. 즉,

object o1 = 123; // 이것은 Boxing
int i = (int)o1; // 이것은 UnBoxing

object o2 = new 사용자정의클래스(); // 이것은 Boxing??
사용자정의클래스 c1 = (사용자정의클래스)o2; // 이것도 UnBoxing??

으로 알았고, int형은 object형을 상속 받으니 UpCasting 인 줄 알았던 것입니다. 하지만 제가 틀렸습니다. Boxing&UnBoxing과 UpCasting&DownCasting은 완전히 다른 내용입니다.

그 답은 MSDN에 잘 나와있습니다. MSDN을 보면, 가장 첫 문장에 Boxing에 대하여 아래와 같이 써있습니다.

Boxing is the process of converting a value type to the type object or to any interface type implemented by this value type.

C#에는 C에서 배웠던 것처럼, Value Type이 있고, Reference Type이 있습니다. Value Type은 값 형식으로 struct로 정의되며, Reference Type은 참조 형식으로 class로 정의됩니다. 우리가 흔히 사용하는 예약어 변수인 int는 사실 Int32라는 구조체입니다. C#의 자료형은 MSDN에서 역시 자세히 확인하실 수 있습니다.

우리가 사실 예약어로 막연하게 사용중이던 기본 형들이 사실 모두 구조체였던 것입니다. 여기서 발생하는 의문은…구조체는 클래스가 아니기 때문에 상속이 불가능합니다. 따라서 object를 상속받을 수 없기 때문에 객체지향에서 원조 조상격 클래스인 object로 형변환이 될 수 없습니다. 그런데, 위에서 본 코드는 오류가 발생하지 않습니다.

object o1 = (object)123; // 이것은 Boxing
int i = (int)o1; // 이것은 UnBoxing

어떻게 된 것일까요? 여기서 다시 한 번 MSDN을 자세히 살펴볼 필요가 있습니다.

…? 구조체들은 상속이 불가능한데, 우리가 사용하는 int나 double 같은 기본형의 구조체들이 모두 ValueType이라는 클래스를 상속받고 있습니다.

다음은 C# 4.1.1, C# 4.1.3 언어 스펙에서 발췌한 문장입니다.

4.1.1 The System.ValueType type All value types implicitly inherit from the class System.ValueType, which, in turn, inherits from class object. It is not possible for any type to derive from a value type, and value types are thus implicitly sealed (§10.1.1.2).

4.1.3 Struct types A struct type is a value type that can declare constants, fields, methods, properties, indexers, operators, instance constructors, static constructors, and nested types.

설명을 보니 이 ValueType은 사용자가 직접 사용할 수는 없는 추상클래스이며, .NET의 모든 값 형식이 이 ValueType을 상속받는다고 합니다. 그러므로 우리가 사용하는 Int32나 Int64 등등의 값 형식은 ValueType을 받아 상속되어 정의된 구조체입니다. 사용자가 정의하는 구조체 역시 System.Object를 상속받는 System.ValueType을 이미 상속 받고 있습니다.

object o1 = (object)123; // 이것은 Boxing
int i = (int)o1; // 이것은 UnBoxing

따라서 위 코드로 Boxing을 설명하면,

1. Memory의 Stack 영역에 123이라는 Int32 struct 형식의 Value가 생성되며 이 123은 Stack이기 때문에 선언된 함수나 클래스의 스코프가 끝나면 사라집니다.
2. 123이라는 Value는 object로 형변환 되기 위해 추상클래스인 ValueType으로 참조를 거쳐 object형으로 변환되고 123이라는 값이 동적할당이 됩니다.

위와 같은 Stack 영역 메모리의 값을 Heap 영역 메모리로 할당해주는 것을 Boxing 이라고 합니다. 반대로 Heap 영역 메모리에서 Stack 영역 메모리로 할당되는 것을 UnBoxing이라고 합니다.

따라서 사용자가 정의한 참조형 클래스의 객체가 object로 변환되는 것은 Boxing이라고 하지 않습니다. 굳이 말하면 UpCasting 이겠죠.

이상으로 MSDN 링크를 남기고 마치겠습니다.

• object 정의: System.Object
• ValueType 정의: System.ValueType
• Boxing & UnBoxing 정의: Boxing