C#中的非安全編程

　　介紹

　　這是C/C++程序迷們經(jīng)常談?wù)摰囊粋�(gè)話題，同時(shí)也是一個(gè)復(fù)雜的、難以理解的話題－指針！每次談到C#，大多數(shù)我遇到的人都持這樣的觀點(diǎn)－C#中沒(méi)有指針的概念。而實(shí)際上，它已經(jīng)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(méi)有什么不安全的。

　　它如此受關(guān)注的根本原因是，非安全編程不同于習(xí)慣的.NET開(kāi)發(fā)規(guī)范，而需要編程人員進(jìn)行明確定本地環(huán)境設(shè)置(僅適用于本地執(zhí)行)。本文我將從區(qū)別兩個(gè)最容易被疑惑的概念－非安全代碼與非受控代碼開(kāi)始討論非安全編程這個(gè)主題。接下來(lái)我們將討論如何編寫(xiě)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(zhí)行的代碼。CLR負(fù)責(zé)了許多幕后的工作：

　　　管理對(duì)象的內(nèi)存

　　　進(jìn)行類(lèi)型驗(yàn)證

　　　垃圾回收

　　說(shuō)了這些，實(shí)際就是要將用戶(hù)從上述的這些工作中解脫出來(lái)了，專(zhuān)心于業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)。用戶(hù)不再需要直接手工地進(jìn)行內(nèi)存操作，因?yàn)檫@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(zhí)行的代碼了。最好的例子就是我們平時(shí)使用的Win32 DLL，比如kernel32.dll，user32.dll以及安裝上我們系統(tǒng)上的各種COM組件。如何為它們分配內(nèi)存、如何釋放這些內(nèi)存、如何實(shí)現(xiàn)類(lèi)型驗(yàn)證？這些工作都需要它們自己來(lái)完成。一個(gè)典型的C++程序中分配一個(gè)字符指針的語(yǔ)句也是非受控代碼的另一類(lèi)例子，因?yàn)樽鳛橐幻�編程者，你要�?fù)責(zé)：

　　　調(diào)用內(nèi)存分配函數(shù)
　　　確保類(lèi)型轉(zhuǎn)換的結(jié)果正確
　　　確保指針在使用完畢后其內(nèi)存被釋放

　　如果你留心上面的解釋?zhuān)�所有這些工作都是由CLR來(lái)完成以減輕編程者的負(fù)擔(dān)。

　　非安全代碼是介于受控與非受控代碼間的一種代碼類(lèi)型

　　非安全代碼仍然象受控代碼一樣是在CLR的管理下執(zhí)行的，但在同時(shí)它又象非受控代碼一樣允許你通過(guò)指針直接訪問(wèn)內(nèi)存。因此你獲得了兩者的優(yōu)點(diǎn)。如果你正在編寫(xiě)寫(xiě)一個(gè).NET應(yīng)用程序，但同時(shí)又希望可以廣泛使用Win32 DLL中的各種函數(shù)－需要使用指針的，那么此時(shí)非安全代碼就是你的救星了。

　　我們已經(jīng)明確了兩者的區(qū)別后，就開(kāi)始編寫(xiě)實(shí)際的代碼，毫無(wú)疑問(wèn)，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(xiě)非安全代碼需要使用特殊的關(guān)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(yǔ)句、語(yǔ)句塊或者函數(shù)都應(yīng)用unsafe關(guān)鍵字標(biāo)記為非安全代碼，就象這樣：

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

　　上面這個(gè)函數(shù)只是將傳入的參數(shù)的值擴(kuò)大了兩倍。但是請(qǐng)注意，傳入的是這個(gè)參數(shù)的指針！因?yàn)檫@個(gè)函數(shù)使用了"*"操作符直接進(jìn)行內(nèi)存操作，因此被標(biāo)記為 unsafe。

　　但是這里還是有一個(gè)問(wèn)題�；叵胍幌律厦娴挠懻�，非安全代碼也是在CLR管理下的受控代碼，CLR可以自由地將對(duì)象移入內(nèi)存中。于是一個(gè)似是而非的原因可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。這樣做的結(jié)果是，對(duì)于編程者可能在自覺(jué)不自覺(jué)中使這個(gè)變量的指針指向內(nèi)存的其他地方。

　　因此假設(shè)*pInt指向的地址是1001，而CLR的內(nèi)存重定位過(guò)程將會(huì)引發(fā)內(nèi)存泄漏。pInt之前指向1001，在重定位后其指向的數(shù)據(jù)可能被存儲(chǔ)在地址2003處。于是大禍臨頭了！pInt指向的1001處存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)重定位過(guò)程后無(wú)效了。這也許就是.NET很少提及指針的使用的原因吧，你認(rèn)為呢？

　　固定指針

　　在語(yǔ)句塊前輸入關(guān)鍵字fixed，將會(huì)告訴CLR塊內(nèi)的對(duì)象不能重定位，這樣CLR就不會(huì)重定位指針指向的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置。因此在C#中使用指針時(shí)，使用關(guān)鍵字fixed將能阻止程序運(yùn)行時(shí)無(wú)效指針的產(chǎn)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);
　　}
}

　　我們?cè)谶@段代碼里通過(guò)一個(gè)fixed塊，將CData對(duì)象數(shù)據(jù)成員(域)x的地址賦給了一個(gè)整數(shù)型指針p。當(dāng)fixed塊中的語(yǔ)句被執(zhí)行時(shí)，這個(gè)指針p將一直指向原來(lái)的那塊內(nèi)存區(qū)域，因?yàn)镃LR已被指示暫時(shí)凍結(jié)這個(gè)變量直到該fixed塊執(zhí)行完畢。一旦fixed塊執(zhí)行完畢，這個(gè)對(duì)象就又能被CLR重新定位了。

　　以上就是C#中使用指針編程的介紹，關(guān)鍵是要說(shuō)明語(yǔ)句塊是　unsafe　并　fixed　的。希望能因此提高你對(duì)C#中指針使用的知識(shí)！