C#操作內存之指針淺析
C#操作內存通過指針來實現操作
在這篇文章中我將簡單的描述C#的一個特性指針和所謂的不安全代碼。這個標題和C++程序員更接近一些。此外，在Java中我們沒有找到這樣的特性。
C#操作內存通過指針之托管代碼
一般來說你在寫任意一個C#程序的時候，你都是在創建托管代碼。托管代碼是在Common Language Runtime (CLR)控制下執行的，CLR使得程序員不需要管理內存和關心內存的分配和回收。CLR也允許你寫非安全代碼 (unsafe code)。
C#操作內存通過指針之非安全代碼
非安全代碼就是不在 CLR 完全控制下執行的代碼，它有可能會導致一些問題，因此他們必須用 “unsafe” 進行表明：
- ...
- unsafe
- {
- ...
- // unsafe context: can use pointers here
- ...
- }
- ...
在其他一些地方也可以使用關鍵字 ‘unsafe’，例如我們可以將類或方法表明為非安全的：
- unsafe class Class1 {}
- static unsafe void FastMove ( int* pi, int* pdi, int length) {...}
‘unsafe’ 關鍵字的必要性是它可以防止程序員的一些意外的用法。你可能會問既然是不安全的為什么還有人要用它。答案就是有時候，在有些情況下，還需要用到指針。
C#操作內存之指針
指針是一種用來存儲其他變量地址的特殊的變量，如果你把***個變量的地址賦給第二個變量，你可以說***個變量是指向第二個，CLR支持3種指針類型：受托管指針, 非托管指針和非托管函數指針。受托管指針存儲在堆上的托管塊的引用，一個非托管指針是傳統的C++指針并且每次使用必須要放在unsafe代碼塊中，一個非托管函數指針也是指向函數地址的傳統的C++指針(delegates 可以被看做是非托管函數指針).
你可以像下面這樣的聲明來創建指針：
類型* 變量_名稱;
既然類型可以是任意一個非引用類型并且不包含引用類型字段，它只能是：sbyte, byte, short, ushort, int, uint, long, ulong, char, float, double, decimal, bool 和枚舉類型以及其他指針類型，也可以是任何用戶自定義的包括非托管類型字段的結構體.
下面是不同類型指針聲明的示例：
- int* pi //declaration a pointer to integer variable
- float* pf, pq // two pointers to float variables. Not *pf, *pq
- char* pz // pointer to char
就像前面說的非托管代碼CLR是不能驗證的，為了編譯你需要指定 /unsafe 編譯選項，如果你是使用的是Microsoft Visual Studio你需要在項目選項中把 'Allow unsafe code block'設置成 True。
C#操作內存之指針的基本用法
還有一些與指針緊密聯系的操作符，那就是 & 操作符，& 返回它所操作對象的地址。
例如:
- unsafe
- {
- int* pi;
- int x = 1;
- pi = &x;
- System.Console.WriteLine("Value of x is: " + *pi);
- }
在這個例子中我們創建了2個變量，’pi’是指向int的指針，’x’是int，然后我們將’x’在內存中的地址賦予’pi’，理解我們放在 ’pi’ 變量中的是 ’x’的地址而不是’x’的值非常重要 (使用: pi = x 將返回錯誤 "Cannot implicitly convert type 'int' to 'int*'")
編譯后執行將會輸出:
- Value of x is: 1
指針可以接受 null 值，也可能使用 void 指針類型，下面的代碼可以正常編譯：
- unsafe
- {
- nt x = 10;
- void* px = &x;
- double *pd = (double*)px;
- }
fixed 關鍵字和垃圾回收
在 C# 中使用指針需要比在 C++種更加注意。這是因為垃圾回收器(g.c.)會運行內存清理，在清理的過程中，g.c.會改變對象的物理內存位置，如果 g.c.改變了對象的位置指針將指向錯誤的內存位置。為了避免這樣的問題（已經與垃圾回收器連接），C# 包含 'fixed' 關鍵字. 它通知系統不要讓垃圾回收器重新部署對象。
'fixed' 示例:
- // pt is a managed variable, subject to g.c.
- Colour cl = new Colour();
- // must use fixed to get address of cl.R
- fixed ( int* pi = &cl.R)
- {
- *pi = 1;
- }
初始化同一類型的多個指針：
- fixed (byte* pb = sarr, pd = darr) {...}
C#操作內存之初始化不同類型的指針：
- fixed (int* pi = &cl.G)
- fixed (double* pd = &array[10])
如果我們忘了 ’fixed’ 關鍵字編譯器會給我們相應的警告，但它沒有智能到在下面的情況中也會警告我們。下面的代碼有一個嚴重的Bug盡管編譯很正常。
- class Test
- {
- public int x;
- }
- unsafe class SimpleTest
- {
- [STAThread]
- static void Main(string[] args)
- {
- Test test = new Test();
- int* pi;
- fixed (int* px = &test.x)
- {
- *px = 100;
- pi = px;
- }
- Console.WriteLine("before g.c.: " + *pi);
- System.GC.Collect(2);
- Console.WriteLine("after g.c.: " + *pi);
- }
- }
在我的機器上結果是:
- before g.c.: 100
- after g.c.: 132
我們可以看到同一個指針有兩個不同的值，事實上在'before g.c.' 和 'after g.c.' 能得到不同結果的可能性非常小，because probability of starting garbage collector is very little. 但是作為一個規則我們應該避免在fixed塊以外使用指針，我們的情況是每次在fixed塊外使用 ’pi’ 指針都有可能產生難以診斷的錯誤。
C#操作內存之指針和WinApi
使用指針最重要的好處就是可以與其他二進制代碼進行交互。許多 WinApi 函數都使用指針，例如GetComputerName (Kernel32.lib.)可以提供我們的計算機的名稱。
- BOOL GetComputerName(LPTSTR lpBuffer,
- // computer name
- LPDWORD lpnSize // size of name buffer);
下面的程序演示如何使用GetComputerName：
- [System.Runtime.InteropServices.DllImport("Kernel32")]
- static extern unsafe bool
- GetComputerName(byte* lpBuffer,long* nSize);
- static void Main()
- {
- byte[] buffor = new byte[512];
- long size = buffor.Length;
- unsafe
- {
- long* pSize = &size;
- fixed (byte* pBuffor = buffor)
- {
- GetComputerName(pBuffor,pSize);
- }
- }
- System.Text.Encoding textEnc =
- new System.Text.ASCIIEncoding();
- System.Console.WriteLine(
- "Computer name: {0}",textEnc.GetString(buffor));
- }
C#操作內存結論
我們已經看到指針是C#語言中非常有用的部分，使用指針并不難但是要非常小心，因為有可能會導致難以診斷的問題，使用指針會擾亂垃圾回收器的功能，特別當我們在程序中大量使用指針。因此在之用指針之前我們應該多考慮，或者嘗試其他的解決辦法。
C#操作內存之指針的基本內容就向你介紹到這里，希望對你了解和學習C#操作內存有所幫助。
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