在C#中使用指针的示例代码
.Net平台定义了两种主要数据类型:值类型和引用类型,其实还有第三种数据类型:指针类型。使用指针,可以绕开CLR的内存管理机制。(说明:在C#中使用指针,需要有相关C/C++指针操作基础)
1、C#中指针相关的操作符和关键字
操作符/关键字 | 作用 |
* | 该操作符用于创建一个指针变量,和在C/C++中一样。也可用于指针间接寻址(解除引用) |
& | 该操作符用于获取内存中变量的地址 |
-> | 该操作符用于访问一个由指针表示的类型的字段,和在C++中一样 |
[] | 在不安全的上下文中,[]操作符允许我们索引由指针变量指向的位置 |
++,-- | 在不安全的上下文中,递增和递减操作符可用于指针类型 |
+,- | 在不安全的上下文中,加减操作符可用于指针类型 |
==, !=, <, >, <=, >= | 在不安全的上下文中,比较和相等操作符可用于指针类型 |
stackalloc | 在不安全的上下文中,stackalloc关键字可用于直接在栈上分配C#数组,类似CRT中的_alloca函数 |
fixed | 在不安全的上下文中,fixed关键字可用于临时固定一个变量以使它的地址可被找到 |
2、在C#中使用指针,需要启用“允许不安全代码”设置
选择项目属性->生成,钩上“允许不安全代码”
3、unsafe关键字
只有在unsafe所包含的代码区块中,才能使用指针。类似lock关键字的语法结构
除了声明代码块为不安全代码外,也可以直接构建“不安全的”结构、类型成员和函数。
unsafe struct Point { public int x; public int y; public Point* next; public Point* previous; } unsafe static void CalcPoint(Point* point) { // }
也可以在导入非托管 DLL 的函数声明中使用unsafe
[DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)] private static extern unsafe int memcpy(void* dest, void* src, int count);
注意:
指针不能指向引用或包含引用的结构,因为无法对对象引用进行垃圾回收,即使有指针指向它也是如此。 垃圾回收器并不跟踪是否有任何类型的指针指向对象。
下面的示例代码可以说明:
/// <summary> /// 声明一个Point结构体 /// </summary> struct Point { public int x; public int y; } static void Main(string[] args) { unsafe { //编译正常 Point p = new Point(); Point* pp = &p; } }
//换成类 class Point { public int x; public int y; }
4、*和&操作符
在不安全的上下文中,可以使用 * 操作符构建数据类型相对应的指针类型(指针类型、值类型和引用类型,示例代码中的type),使用 & 操作符获取被指向的内存地址。
type* identifier; void* identifier; //允许但不推荐
下面是使用*操作符进行指针类型声明
int* p | p 是指向整数的指针。 |
int** p | phttp://www.devze.com 是指向整数的指针的指针。 |
int*[] p | p 是指向整数的指针的一维数组。 |
char* p | p 是指向字符的指针。 |
void* p | p 是指向未知类型的指针。 |
注意:
1、无法对 void* 类型的指针应用间接寻址运算符。 但是,你可以使用强制转换将 void 指针转换为任何其他指针类型,反过来也是可以的。
2、指针类型不从object类继承,并且指针类型与 object 之间不存在转换。 此外,ZdOhiJkRd装箱和取消装箱不支持指针。
下面的代码演示了如何声明指针类型:
static void Main(string[] args) { int []a = { 1, 2, 3, 4, 4 }; unsafe { //临时固定一个变量以使它的地址可被找到 fixed (int* p = &a[0]) { int* p2 = p; Console.WriteLine(*p2); p2++; Console.WriteLine(*p2); p2++; Console.WriteLine(*p2); } } }
输出结果如下:
1
2
3
下面的代码演示了如何使用指针类型进行数据交换:
static void Main(string[] args) { int a = 1; int b = 2; unsafe { UnsafeSwap(&a, &b); } Console.WriteLine(a); Console.WriteLine(b); } /// <summary> /// 使用指针 /// </summary> /// <param name="a"></param> /// <param name="b"></param> static unsafe void UnsafeSwap(int* a,int *b) { int temp = *a; *a = *b; *b = temp; } /// <summary> /// 不使用指针的安全版本 /// </summary> /// <param name="a"></param> /// <param name="b"></param> static void SafeSwap(ref int a,ref int b) { int temp = a; a = b; b = temp; }
输出结果如下:
2
1
5、通过指针访问字段
定义如下结构体
struct Point { public int x; public int y; public override string ToString() { return $"x:{x},y:{y}"; } }
如果声明一个Point类型的指针,就需要使用指针字段访问操作符(->)来访问公共成员(和C++一样),也可以使用指针间接寻址操作符(*)来解除指针的引用,使其也可以使用 (.)操作符访问字段(和C++一样)。
static unsafe void Main(string[] args) { //通过指针访问成员 Point point = new Point(); python Point* p = &point; p->x = 10; p->y = 5; Console.WriteLine(p->ToString()); //通过指针间接寻址访问成员 Point point2; //不使用 new 运算符的情况下对其进行实例化,需要在首次使用实例之前必须初始化所有实例字段。 Point* p2 = &point2; (*p2).x = 128; (*p2).y = 256; Console.WriteLine((*p2).ToString()); }
运行结果如下:
x:10,y:5
x:128,y:256
6、stackalloc关键字
在不安全上下文中,可能需要声明一个直接从调用栈分配内存的本地变量(不受.Net垃圾回收器控制)。C#提供了与CRT函数_alloca等效的stackalloc关键字来满足这个需求。
static unsafe void Main(string[] args) { char* p = stackalloc char[3]; for (int i = 0; i < 3; i++) { p[i] = (char)(i+65); //A-C } Console.WriteLine(*p); Console.WriteLine(p[0]); Console.WriteLine(*(++p)); Console.WriteLine(p[0]); Console.WriteLine(*(++p)); Console.WriteLine(p[0]); }
输出结果如下:
A
ABBCC
7、fixed关键字
在上面的示例中,我们可以看到,通过stackalloc关键字,在不安全上下文中分配一大块内存非常方便。但这块内存是在栈上的,当分配方法返回的时候,被分配的内存立即被清理。
假设有如下情况:
声明一个引用类型PointRef和一个值类型Point
class PointRef { public int x; public int y; public override string ToString() { return $"x:{x},y:{y}"; } } struct Point { javascript public int x; public int y; public override string ToString() { return $"x:{x},y:{y}"; } }
调用者声明了一个PointRef类型的变量,内存将被分配在垃圾回收器堆上。如果一个不安全的上下文要与这个对象(或这个堆上的任何对象)交互,就可能会出现问题,因为垃圾回收可随时发生。设想一下,恰好在清理堆的时候访问Point成员,这就很
为了将不安全上下文中的引用类型变量固定,C#提供了fixed关键字,fixed语句设置指向托管类型的指针并在代码执行过程中固定该变量。换句说话:fixed关键字可以锁定内存中的引用变量。这样在语句的执行过程中,该变量地址保持不变。
事实上,也只有使用fixed关键字,C#编译器才允许指针指向托管变量。
static unsafe void Main(string[] args) { PointRef pointRef = new PointRef(); Point point = new Point(); int a = &pointRef.x; //编译不通过 int *b = &point.x; //编译通过 fixed(int *c = &pointRef.x) { //编译通过 } }
说明:
在fixed中初始化多个变量也是可以的
//同时声明多个指针变量的语法跟C++中的不一样,需要注意 fixed(int *e = &(pointRef.x) , f = &(pointRef.y) ) { }
8、sizeof关键字
在不安全上下文中,sizeof关键字用于获取值类型(不是引用类型)的字节大小。sizeof可计算任何由System.ValueType派生实体的字节数。
static void Main(string[] args) { unsafe { //不安全版本 Console.WriteLine(sizeof(int)); Console.WriteLine(sizeof(float)); Console.WriteLine(sizeof(Point)); } //安全版本 Console.WriteLine(Marshal.SizeOf(typeof(int))); Console.WriteLine(Marshal.SizeOf(typeof(float))); Console.WriteLine(Marshal.SizeOf(typeof(Point))); }php
9、避免使用指针
事实上在C#中,指针并不是新东西。因为在代码中可以自由使用引用 ,而引用就是一个类型安全的指针。指针只是一个存储地址的变量,这和引用其实是一个原理。引用的主要作用是使C#更易于使用,防止用户无意中执行某些破坏内存中内容的操作。
使用指针后,可以进行低级的内存访问,但这是有代价的,使用指针的语法比引用类型的语法复杂得多,而且指针使用起来也比较困难,需要较高的编程技巧和强力。如果不仔细,就容易在程序中引入细微的,难以查找的错误。另外,如果使用指针,就必须授予代码运行库的代码访问安全机制的高级别信任,否则就不能执行它。
MSDN上有如下关于指针的说明:
在公共语言运行时 (CLR) 中,不安全代码是指无法验证的代码。 C# 中的不安全代码不一定是危险的;只是 CLR 无法验证该代码的安全性。 因此,CLR 将仅执行完全信任的程序集中的不安全代码。 如果你使用不安全代码,你应该负责确保代码不会引发安全风险或指针错误。
大多数情况下,可以使用System.Intptr或ref关键字来替代指针完成我们想要的操作。
下面使用示例代码说明一下:(仅供演示)
这里还是以memcpy函数为例,假设我有一个Point结构的实例,要对这个Point进行拷贝。
声明Point结构
struct Point { public int x; public int y; }
使用System.IntPtr:
/// <summary> /// 使用IntPtr /// </summary> /// <param name="pDst"></param> /// <param name="pSrc"></param> /// <param name="count"></param> /// <returns></returns> [DllImport("msvcrt.dll", EntryPoint = "memcpy", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)] private static extern unsafe int memcpyi(IntPtr pDst, IntPtr pSrc, int count);
static void MemCpyIntPtr() { var p = new Point() { x = 200,y = 10}; Console.WriteLine(p.x + " " + p.y); var size = Marshal.SizeOf(p); IntPtr ptrSrc = Marshal.AllocHGlobal(size); IntPtr ptrDest = Marshal.AllocHGlobal(size); //将结构体Point转换成ptrSrc Marshal.StructureToPtr(p, ptrSrc, false); //memcpy memcpyi(ptrDest, ptrSrc, size); //再转换成结构体 Point p2 = new Point(); //先输出一次进行对比 Console.WriteLine(p2.x + " " + p2.y); p2 = (Point)Marshal.PtrToStructure(ptrDest, typeof(Point)); Console.WriteLine(p2.x + " " + p2.y); }
运行结果如下:
200 10
0 0200 10
使用指针:
/// <summary> /// 使用指针 /// </summary> /// <param name="pDst"></param> /// <param name="pSrc"></param> /// <param name="count"></param> /// <returns></returns> [DllImport("msvcrt.dll", EntryPoint = "memcpy", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)] private static extern unsafe int memcpyp(void* pDst, void* pSrc, int count);
static unsafe void MemCpyPointer() { Point p = new Point() { x = 200, y = 10 }; Point p2 = new Point(); Console.WriteLine(p.x + " " + p.y); Console.WriteLine(p2.x + " " + p2.y); Point* pSrc = &p; Point* pDest = &p2; memcpyp((void*)pDest, (void*)pSrc, sizeof(Point)); p2 = *pDest; Console.WriteLine(p2.x + " " + p2.y); }
运行结果如下:
200 10
0 0200 10
下面介绍使用指针传递时的另外一种情况,这种情况我们可以使用ref来代替指针完成操作。
先用C++封装一个库,导出如下函数,用来打印一个整形数组
extern "C" __declspec(dllexport) void PrintArray(int* pa,int size); extern "C" __declspec(dllexport) void PrintArray(int* pa,int size) { for (size_t i = 0; i < size; i++) { std::cout << *pa << std::endl; pa++; } }
使用ref:
[DllImport("demo_lib.dll",EntryPoint = "PrintArray")] private static extern void PrintArrayRef(ref int pa,int size);
static void PrintArrayRef() { int[] array = new int[] { 1,2,3}; //使用ref关键字传的是引用,ref[0]其实就是传的首地址 PrintArrayRef(ref array[0], array.Length); }
运行结果:
1
23
使用指针:
[DllImport("demo_lib.dll", EntryPoint = "PrintArray")] private static extern unsafe void PrintArrayPointer(int* pa, int size);
static unsafe void PrintArrayPointer() { int size = 3; int* array = stackalloc int[3]; for (int i = 0; i < size; i++) { array[i] = i+1; } PrintArrayPointer(array, size); }
运行结果:
1
23
以上就是在C#中使用指针的示例代码的详细内容,更多关于C#使用指针的资料请关注编程客栈(www.devze.com)其它相关文章!
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