.C#可否对内存进行直接的操作

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转载最新推荐文章于 2026-04-17 14:27:03 发布 1.9k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

C#中直接操作内存的方法 C#中直接操作内存的方法。Marshal、GChandle、Fixed机制。阅读详情

摘要
可以使用指针
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。

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)。

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：

...
unsafe
{
...
// unsafe context: can use pointers here
...
}
...

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：

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

‘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。

指针

指针是一种用来存储其他变量地址的特殊的变量，如果你把第一个变量的地址赋给第二个变量，你可以说第一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：

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。

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:
unsafe
{
int* pi;
int x = 1;
pi = &x;
System.Console.WriteLine("Value of x is: " + *pi);
}

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:

Value of x is: 1

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：

unsafe
{
nt x = 10;
void* px = &x;
double *pd = (double*)px;
}

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:

// 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;
}

初始化同一类型的多个指针：

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

初始化不同类型的指针：

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

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。

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);
}
}

在我的机器上结果是:

before g.c.: 100
after g.c.: 132

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# 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。

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));
}

结论