C#中的指针使用介绍

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不安全代码-指针 的使用

*间接寻址运算符

*除了声明指针变量,还可以作为指针间接寻址运算符,用于访问指针变量指向位置的内容(数据)。

如下,使用int*类型的指针,并*寻址获取内容:

unsafe
{
    int myInt;
    int* myIntPtr=&myInt;

    // 间接寻址运算符
    *myIntPtr = 11;

    Console.WriteLine($"myInt值:{myInt}");
    Console.WriteLine($"*myIntPtr取值:{*myIntPtr}");
    Console.WriteLine($"myInt地址:{(int)myIntPtr}");
}

// 输出:
// myInt值:11
// *myIntPtr取值:11
// myInt地址:3623348284

引用类型变量使用指针

指针不能指向引用类型或包含引用类型的结构体(struct),因为,即使有指针指向,引用对象也可以被垃圾回收。

垃圾回收不会跟踪对象是否有任何的指针指向。

除了垃圾回收之外,引用对象在使用中,还有可能发生位置移动,对象所在的堆地址有可能会发生变化。

因此,要使用引用类型的指针,需要将对象pin住(固定住,钉住),防止其位置移动。C# 提供了fixed语句实现pin堆中的对象,从而在使用内部指针时,对象不会移动。

使用fixed时声明指针变量并初始化。

.NET 的自动垃圾回收机制会允许已经分配的内存在运行时进行位置调整。

这种情况下,一个指针p可能一开始指的是array,但后来array的位置被调整到别的位置后,p指向的就不是array了。

所以要加一个fixed关键字,把它定在那里一动不动,之后的操作才有保障。

下面的示例来自官方,使用 unsafe 关键字 和 fixed 语句,显示如何增加内部指正和取值赋值:

p + nn + p 表达式表示T*类型的指针p,在其地址上加上n * sizeof(T),即产生新的指针,指向指针p之后的第n个元素数据的首地址。

n * sizeof(T)表达式则表示T*类型的指针p,在其地址上减去n * sizeof(T),指向指针p之前的第n个元素地址。

// Normal pointer to an object.
int[] a = new int[5] { 10, 20, 30, 40, 50 };
// Must be in unsafe code to use interior pointers.
unsafe
{
    // Must pin object on heap so that it doesn't move while using interior pointers.
    fixed (int* p = &a[0])
    {
        // p is pinned as well as object, so create another pointer to show incrementing it.
        int* p2 = p;
        Console.WriteLine(*p2);
        // Incrementing p2 bumps the pointer by four bytes due to its type ...
        p2 += 1;
        Console.WriteLine(*p2);
        p2 += 1;
        Console.WriteLine(*p2);
        Console.WriteLine("--------");
        Console.WriteLine(*p);
        // Dereferencing p and incrementing changes the value of a[0] ...
        *p += 1;
        Console.WriteLine(*p);
        *p += 1;
        Console.WriteLine(*p);
    }
}

Console.WriteLine("--------");
Console.WriteLine(a[0]);

/*
Output:
10
20
30
--------
10
11
12
--------
12
*/

int* p = &a[0] 用于获取数组的(首)地址,也就是第一个数组元素的首地址;对于获取数组的地址,还可以直接使用数组变量名int* p = a,它本身存的值就是数组对象的引用地址。

所有引用类型的对象都可以直接使用变量名获取内存地址

var testInts = new int[10];
fixed(int* ptr = testInts)
{
    //
}
fixed(int* ptr2 = &testInts[0])
{
    //
}

方法之间不应该传递指针。如果一个方法通过inoutref参数或函数返回值返回一个本地变量的指针,如果该指针位于固定块fixed block内,则变量将会不再固定,从而产生未定义的行为。

关于指针加减运算的含义:

加减算术运算:对于指向数组的指针变量,可以加上或减去一个整数n,指针变量加或减一个整数n的意义:是把指针指向的当前位置(指向某数组元素)向前或向后移动n个位置,指向该位置的数组元素。

因为数组有不同的类型,各种类型的数组元素所占的字节长度不同;如 指针变量加 1,即向后移动 1 个位置表示指针变量指向下一个数组元素的首地址,而不是原地址基础上加 1。

指针变量的加减运算只能对数组指针变量进行,对指向其它类型变量的指针变量作加减运算是毫无意义的(虽然可以运算)。

两个指针变量之间的运算只有指向同一数组的两个指针变量之间才能进行运算

两指针变量相减:所得之差是两个指针所指数组元素之间相差的元素个数;

两指针变量进行关系运算:指向同一数组的两指针变量进行关系运算可表示他们所指数组元素之间的关系:pf1 == pf2表示pf1和pf2指向同一数组元素;pf1 > pf2表示pf1处于高地址位置;pf1 < pf2表示pf2处于高地址位置。

设 p 为指针变量,则 p == 0 表明 p 是空指针,不指向任何变量; p != 0 表示不是空指针;指针变量未赋值时,可以是任意值,但不能使用。

参考自 c语言指针向前移动i个位置,C语言指针

指针成员访问操作符->

Pointer member access operator ->

-> 是指针间接寻址和成员访问的综合。

如果x是一个T*类型的指针,y是类型T的可访问成员,则x->y表达式等同于(*x).y

->的使用示例

public struct Coords
{
    public int X;
    public int Y;
    public override string ToString() => $"({X}, {Y})";
}

public class PointerMemberAccessExample
{
    public static unsafe void Main()
    {
        Coords coords;
        Coords* p = &coords;
        p->X = 3;
        p->Y = 4;
        Console.WriteLine(p->ToString());  // output: (3, 4)
    }
}

指针元素访问操作符[]

Pointer element access operator []

p[n]指针p元素访问等同于*(p+n)

下面通过指针和[]访问数组元素:

unsafe
{
    char* pointerToChars = stackalloc char[123];

    for (int i = 65; i < 123; i++)
    {
        pointerToChars[i] = (char)i;
    }

    Debug.Write("Uppercase letters: ");
    for (int i = 65; i < 91; i++)
    {
        Debug.Write(pointerToChars[i]);
    }
    Debug.WriteLine("");
    Debug.Write("Lowercase letters: ");
    for (int i = 97; i < 123; i++)
    {
        Debug.Write(pointerToChars[i]);
    }
}

// 输出:
// Uppercase letters: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
// Lowercase letters: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

注意,不检查out-of-bounds错误。

指针类型转换

下面将int*类型的指针强制转换为byte*指针,并获取byte数据。

sizeof(type)方法计算一个类型占用的空间大小(字节个数)。

int number = 1024;

unsafe
{
    // Convert to byte:
    byte* p = (byte*)&number;

    Debug.Write("整型的四个字节:");

    // Display the 4 bytes of the int variable:
    for (int i = 0; i < sizeof(int); ++i)
    {
        Debug.Write((*p).ToString("X2")+" ");
        // Increment the pointer:
        p++;
    }
    Debug.WriteLine("");
    Debug.WriteLine("整型的值: {0}", number);

    /* Output:
        整型的四个字节: 00 04 00 00
        整型的值: 1024
    */
}

参考