C#操作内存之指针浅析

C#操作内存通过指针来实现操作

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在这篇文章中我将简单的描述C#的一个特性指针和所谓的不安全代码。这个标题和C++程序员更接近一些。此外，在Java中我们没有找到这样的特性。

C#操作内存通过指针之托管代码

一般来说你在写任意一个C#程序的时候，你都是在创建托管代码。托管代码是在Common Language Runtime (CLR)控制下执行的，CLR使得程序员不需要管理内存和关心内存的分配和回收。CLR也允许你写非安全代码 (unsafe code)。

C#操作内存通过指针之非安全代码

非安全代码就是不在 CLR 完全控制下执行的代码，它有可能会导致一些问题，因此他们必须用 “unsafe” 进行表明：

 
 
 
    
  
  
  
  1. ...  
    2. 
  
  
  
  2. unsafe 
    3. 
  
  
  
  3. {  
    4. 
  
  
  
  4. ...  
    5. 
  
  
  
  5. // unsafe context: can use pointers here  
    6. 
  
  
  
  6. ...  
    7. 
  
  
  
  7. }  
    8. 
  
  
  
  8. ... 
    9.

在其他一些地方也可以使用关键字 ‘unsafe’，例如我们可以将类或方法表明为非安全的：

 
 
 
    
  
  
  
  1. unsafe class Class1 {}  
    2. 
  
  
  
  2. static unsafe void FastMove ( int* pi, int* pdi, int length) {...}  
    3.

‘unsafe’ 关键字的必要性是它可以防止程序员的一些意外的用法。你可能会问既然是不安全的为什么还有人要用它。答案就是有时候，在有些情况下，还需要用到指针。

C#操作内存之指针

指针是一种用来存储其他变量地址的特殊的变量，如果你把***个变量的地址赋给第二个变量，你可以说***个变量是指向第二个，CLR支持3种指针类型：受托管指针, 非托管指针和非托管函数指针。受托管指针存储在堆上的托管块的引用，一个非托管指针是传统的C++指针并且每次使用必须要放在unsafe代码块中，一个非托管函数指针也是指向函数地址的传统的C++指针(delegates 可以被看做是非托管函数指针).

你可以像下面这样的声明来创建指针：

类型* 变量_名称;

既然类型可以是任意一个非引用类型并且不包含引用类型字段，它只能是：sbyte, byte, short, ushort, int, uint, long, ulong, char, float, double, decimal, bool 和枚举类型以及其他指针类型，也可以是任何用户自定义的包括非托管类型字段的结构体.

下面是不同类型指针声明的示例：

 
 
 
    
  
  
  
  1. int* pi //declaration a pointer to integer variable  
    2. 
  
  
  
  2. float* pf, pq // two pointers to float variables. Not *pf, *pq   
    3. 
  
  
  
  3. char* pz // pointer to char 
    4.

就像前面说的非托管代码CLR是不能验证的，为了编译你需要指定 /unsafe 编译选项，如果你是使用的是Microsoft Visual Studio你需要在项目选项中把 'Allow unsafe code block'设置成 True。

C#操作内存之指针的基本用法

还有一些与指针紧密联系的操作符，那就是 & 操作符，& 返回它所操作对象的地址。

例如:

 
 
 
    
  
  
  
  1. unsafe   
    2. 
  
  
  
  2. {  
    3. 
  
  
  
  3. int* pi;  
    4. 
  
  
  
  4. int x = 1;  
    5. 
  
  
  
  5. pi = &x;  
    6. 
  
  
  
  6. System.Console.WriteLine("Value of x is: " + *pi);  
    7. 
  
  
  
  7. } 
    8.

在这个例子中我们创建了2个变量，’pi’是指向int的指针，’x’是int，然后我们将’x’在内存中的地址赋予’pi’，理解我们放在 ’pi’ 变量中的是 ’x’的地址而不是’x’的值非常重要 (使用: pi = x 将返回错误 "Cannot implicitly convert type 'int' to 'int*'")

编译后执行将会输出:

 
 
 
    
  
  
  
  1. Value of x is: 1  
    2.

指针可以接受 null 值，也可能使用 void 指针类型，下面的代码可以正常编译：

 
 
 
    
  
  
  
  1. unsafe   
    2. 
  
  
  
  2. {  
    3. 
  
  
  
  3. nt x = 10;  
    4. 
  
  
  
  4. void* px = &x;  
    5. 
  
  
  
  5. double *pd = (double*)px;  
    6. 
  
  
  
  6. } 
    7.

fixed 关键字和垃圾回收

在 C# 中使用指针需要比在 C++种更加注意。这是因为垃圾回收器(g.c.)会运行内存清理，在清理的过程中，g.c.会改变对象的物理内存位置，如果 g.c.改变了对象的位置指针将指向错误的内存位置。为了避免这样的问题（已经与垃圾回收器连接），C# 包含 'fixed' 关键字. 它通知系统不要让垃圾回收器重新部署对象。

'fixed' 示例:

 
 
 
    
  
  
  
  1. // pt is a managed variable, subject to g.c.  
    2. 
  
  
  
  2. Colour cl = new Colour();   
    3. 
  
  
  
  3. // must use fixed to get address of cl.R  
    4. 
  
  
  
  4. fixed ( int* pi = &cl.R)  
    5. 
  
  
  
  5. {   
    6. 
  
  
  
  6. *pi = 1;   
    7. 
  
  
  
  7. } 
    8.

初始化同一类型的多个指针：

 
 
 
    
  
  
  
  1. fixed (byte* pb = sarr, pd = darr) {...} 
    2.

C#操作内存之初始化不同类型的指针：

 
 
 
    
  
  
  
  1. fixed (int* pi = &cl.G)  
    2. 
  
  
  
  2. fixed (double* pd = &array[10]) 
    3.

如果我们忘了 ’fixed’ 关键字编译器会给我们相应的警告，但它没有智能到在下面的情况中也会警告我们。下面的代码有一个严重的Bug尽管编译很正常。

 
 
 
    
  
  
  
  1. class Test  
    2. 
  
  
  
  2. {  
    3. 
  
  
  
  3. public int x;  
    4. 
  
  
  
  4. }  
    5. 
  
  
  
  5. unsafe class SimpleTest  
    6. 
  
  
  
  6. {  
    7. 
  
  
  
  7. [STAThread]  
    8. 
  
  
  
  8. static void Main(string[] args)  
    9. 
  
  
  
  9. {  
    10. 
  
  
  
  10. Test test = new Test();  
    11. 
  
  
  
  11. int* pi;  
    12. 
  
  
  
  12. fixed (int* px = &test.x)  
    13. 
  
  
  
  13. {  
    14. 
  
  
  
  14. *px = 100;  
    15. 
  
  
  
  15. pi = px;  
    16. 
  
  
  
  16. }  
    17. 
  
  
  
  17. Console.WriteLine("before g.c.: " + *pi);  
    18. 
  
  
  
  18. System.GC.Collect(2);  
    19. 
  
  
  
  19. Console.WriteLine("after g.c.: " + *pi);  
    20. 
  
  
  
  20. }  
    21. 
  
  
  
  21. } 
    22.

在我的机器上结果是:

 
 
 
    
  
  
  
  1. before g.c.: 100  
    2. 
  
  
  
  2. after g.c.: 132  
    3.

我们可以看到同一个指针有两个不同的值，事实上在'before g.c.' 和 'after g.c.' 能得到不同结果的可能性非常小，because probability of starting garbage collector is very little. 但是作为一个规则我们应该避免在fixed块以外使用指针，我们的情况是每次在fixed块外使用 ’pi’ 指针都有可能产生难以诊断的错误。

C#操作内存之指针和WinApi

使用指针最重要的好处就是可以与其他二进制代码进行交互。许多 WinApi 函数都使用指针，例如GetComputerName (Kernel32.lib.)可以提供我们的计算机的名称。

 
 
 
    
  
  
  
  1. BOOL GetComputerName(LPTSTR lpBuffer,  
    2. 
  
  
  
  2.  // computer name  
    3. 
  
  
  
  3. LPDWORD lpnSize // size of name buffer); 
    4.

下面的程序演示如何使用GetComputerName：

 
 
 
    
  
  
  
  1. [System.Runtime.InteropServices.DllImport("Kernel32")]  
    2. 
  
  
  
  2. static extern unsafe bool   
    3. 
  
  
  
  3. GetComputerName(byte* lpBuffer,long* nSize);  
    4. 
  
  
  
  4. static void Main()  
    5. 
  
  
  
  5. {  
    6. 
  
  
  
  6. byte[] buffor = new byte[512];  
    7. 
  
  
  
  7. long size = buffor.Length;  
    8. 
  
  
  
  8. unsafe 
    9. 
  
  
  
  9. {  
    10. 
  
  
  
  10. long* pSize = &size;  
    11. 
  
  
  
  11. fixed (byte* pBuffor = buffor)  
    12. 
  
  
  
  12. {  
    13. 
  
  
  
  13. GetComputerName(pBuffor,pSize);  
    14. 
  
  
  
  14. }  
    15. 
  
  
  
  15. }  
    16. 
  
  
  
  16. System.Text.Encoding textEnc =   
    17. 
  
  
  
  17. new System.Text.ASCIIEncoding();  
    18. 
  
  
  
  18. System.Console.WriteLine(  
    19. 
  
  
  
  19. "Computer name: {0}",textEnc.GetString(buffor));   
    20. 
  
  
  
  20. } 
    21.

C#操作内存结论

我们已经看到指针是C#语言中非常有用的部分，使用指针并不难但是要非常小心，因为有可能会导致难以诊断的问题，使用指针会扰乱垃圾回收器的功能，特别当我们在程序中大量使用指针。因此在之用指针之前我们应该多考虑，或者尝试其他的解决办法。

C#操作内存之指针的基本内容就向你介绍到这里，希望对你了解和学习C#操作内存有所帮助。

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