C#中的非安全編程

2019-11-18 19:43:04

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供稿：網友

　　介紹

　　這是C/C++程序迷們經常談論的一個話題，同時也是一個復雜的、難以理解的話題－指針！每次談到C#，大多數我遇到的人都持這樣的觀點－C#中沒有指針的概念。而實際上，它已經被廢除了，取而代之的是C#中的非安全編程－如何在程序中使用指針。不同于其字面意思的是，使用指針編程并沒有什么不安全的。

　　它如此受關注的根本原因是，非安全編程不同于習慣的.NET開發規范，而需要編程人員進行明確定本地環境設置(僅適用于本地執行)。本文我將從區別兩個最容易被疑惑的概念－非安全代碼與非受控代碼開始討論非安全編程這個主題。接下來我們將討論如何編寫非安全代碼，亦即如何在C#中使用指針。

　　非安全還是非受控？

　　受控代碼是指在CLR管理下執行的代碼。CLR負責了許多幕后的工作：

　　　管理對象的內存

　　　進行類型驗證

　　　垃圾回收

　　說了這些，實際就是要將用戶從上述的這些工作中解脫出來了，專心于業務實現。用戶不再需要直接手工地進行內存操作，因為這些工作已由CLR完成了。

　　另一方面，非受控代碼就是在CLR上下文外執行的代碼了。最好的例子就是我們平時使用的Win32 DLL，比如kernel32.dll，user32.dll以及安裝上我們系統上的各種COM組件。如何為它們分配內存、如何釋放這些內存、如何實現類型驗證？這些工作都需要它們自己來完成。一個典型的C++程序中分配一個字符指針的語句也是非受控代碼的另一類例子，因為作為一名編程者，你要負責：

　　　調用內存分配函數
　　　確保類型轉換的結果正確
　　　確保指針在使用完畢后其內存被釋放

　　如果你留心上面的解釋，所有這些工作都是由CLR來完成以減輕編程者的負擔。

　　非安全代碼是介于受控與非受控代碼間的一種代碼類型

　　非安全代碼仍然象受控代碼一樣是在CLR的管理下執行的，但在同時它又象非受控代碼一樣允許你通過指針直接訪問內存。因此你獲得了兩者的優點。如果你正在編寫寫一個.NET應用程序，但同時又希望可以廣泛使用Win32 DLL中的各種函數－需要使用指針的，那么此時非安全代碼就是你的救星了。

　　我們已經明確了兩者的區別后，就開始編寫實際的代碼，毫無疑問，這才是最精彩的部分，你還在想什么呢？
　　深入非安全代碼

　　編寫非安全代碼需要使用特殊的關鍵字unsafe與fixed。如果你還記得的話，有三種指針操作符：

　　*
　　&
　　->

　　任何使用了上述任一指針操作符的語句、語句塊或者函數都應用unsafe關鍵字標記為非安全代碼，就象這樣：

public unsafe void Triple(int *pInt)
{
　*pInt=(*pInt)*3;
}

　　上面這個函數只是將傳入的參數的值擴大了兩倍。但是請注意，傳入的是這個參數的指針！因為這個函數使用了"*"操作符直接進行內存操作，因此被標記為 unsafe。

　　但是這里還是有一個問題?；叵胍幌律厦娴挠懻摚前踩a也是在CLR管理下的受控代碼，CLR可以自由地將對象移入內存中。于是一個似是而非的原因可能導致內存泄漏。這樣做的結果是，對于編程者可能在自覺不自覺中使這個變量的指針指向內存的其他地方。

　　因此假設*pInt指向的地址是1001，而CLR的內存重定位過程將會引發內存泄漏。pInt之前指向1001，在重定位后其指向的數據可能被存儲在地址2003處。于是大禍臨頭了！pInt指向的1001處存儲的數據在經過重定位過程后無效了。這也許就是.NET很少提及指針的使用的原因吧，你認為呢？

　　固定指針

　　在語句塊前輸入關鍵字fixed，將會告訴CLR塊內的對象不能重定位，這樣CLR就不會重定位指針指向的數據存儲位置。因此在C#中使用指針時，使用關鍵字fixed將能阻止程序運行時無效指針的產生。讓我們看看它是如何工作的：

using System;
class CData
{
　　public int x;
}

class CPRogram
{
　　unsafe static void SetVal(int *pInt)
　　{
　　　　*pInt=1979;
　　}
　　
　　public unsafe static void Main()
　　{
　　　　CData d = new CData();
　　　　
　　　　Console.WriteLine("Previous value: {0}", d.x);
　　　　
　　　　fixed(int *p=&d.x)
　　　　{
　　　　　　SetVal(p);
　　　　}
　　　　
　　　　Console.WriteLine("New value: {0}", d.x);
　　}
}