Небезопасный код в C#: Указатели и управление памятью

Указатели в C#

C# позволяет использовать указатели в блоке кода, помеченном модификатором unsafe. Небезопасный код (unmanaged code) — это блок кода, использующий переменную-указатель.

Указатель — переменная, значение которой представляет адрес другой переменной, то есть прямой адрес ячейки памяти. Как и любую переменную, указатель нужно объявить перед использованием.

Общая форма объявления указателя:

type *var-name;

Примеры корректных объявлений:

int *ip;    // указатель на целое число
double *dp; // указатель на double
float *fp;  // указатель на float
char *ch;   // указатель на символ

Пример использования указателей с модификатором unsafe:

using System;
namespace UnsafeCodeApplication {
    class Program {
        static unsafe void Main(string[] args) {
            int var = 20;
            int* p = &var;
            Console.WriteLine("Data is: {0} ", var);
            Console.WriteLine("Address is: {0}", (int)p);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Результат выполнения (адрес будет отличаться):

Data is: 20
Address is: 99215364

Вместо пометки всего метода как unsafe, можно объявить небезопасным только часть кода.

Получение значения данных через указатель

Значение по адресу, на который указывает указатель, можно получить с помощью метода ToString(). Пример:

using System;
namespace UnsafeCodeApplication {
    class Program {
        public static void Main() {
            unsafe {
                int var = 20;
                int* p = &var;
                Console.WriteLine("Data is: {0} ", var);
                Console.WriteLine("Data is: {0} ", p->ToString());
                Console.WriteLine("Address is: {0} ", (int)p);
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Результат:

Data is: 20
Data is: 20
Address is: 77128984

Передача указателей в методы

Указатель можно передать в метод как параметр. Пример обмена значениями:

using System;
namespace UnsafeCodeApplication {
    class TestPointer {
        public unsafe void swap(int* p, int* q) {
            int temp = *p;
            *p = *q;
            *q = temp;
        }
        public unsafe static void Main() {
            TestPointer p = new TestPointer();
            int var1 = 10;
            int var2 = 20;
            int* x = &var1;
            int* y = &var2;
            Console.WriteLine("Before Swap: var1:{0}, var2: {1}", var1, var2);
            p.swap(x, y);
            Console.WriteLine("After Swap: var1:{0}, var2: {1}", var1, var2);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Результат:

Before Swap: var1: 10, var2: 20
After Swap: var1: 20, var2: 10

Доступ к элементам массива через указатель

В C# имя массива и указатель на тот же тип данных не являются одним типом. Нельзя инкрементировать адрес массива, так как он фиксирован в памяти. Для доступа к массиву через указатель нужно зафиксировать его с помощью ключевого слова fixed.

using System;
namespace UnsafeCodeApplication {
    class TestPointer {
        public unsafe static void Main() {
            int[] list = {10, 100, 200};
            fixed(int* ptr = list)
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    Console.WriteLine("Address of list[{0}]={1}", i, (int)(ptr + i));
                    Console.WriteLine("Value of list[{0}]={1}", i, *(ptr + i));
                }
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Результат:

Address of list[0] = 31627168 Value of list[0] = 10
Address of list[1] = 31627172 Value of list[1] = 100
Address of list[2] = 31627176 Value of list[2] = 200

Компиляция небезопасного кода

Для компиляции unsafe-кода нужно указать ключ /unsafe в командной строке компилятора:

csc /unsafe prog1.cs

В Visual Studio: откройте свойства проекта → вкладка Build → установите галочку Allow unsafe code.