C# 不安全代码

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前言

  不安全代码能够更直接地操控数据和资源，但同时也伴随着一些风险和需要谨慎对待的要点。

一、不安全代码与指针变量基础

  当一个代码块被 unsafe 修饰符标记时，C# 便允许在其中使用指针变量。指针变量，简单来说，是一种特殊的变量，其值为另一个变量在内存中的地址，也就是内存位置的直接地址。与其他普通变量或常量一样，在使用指针存储其他变量地址之前，必须先对指针进行声明。
  指针变量声明具有特定的形式：type* var-name;以下是一些常见的指针类型声明实例及其描述：
int* p： p 是指向整数的指针。这意味着 p 变量将存储一个整数变量在内存中的地址，通过这个指针可以间接访问和操作对应的整数数据。
double* p：p 被定义为指向双精度数的指针，能够指向内存中存储双精度浮点数的位置，方便对这类数据进行底层的处理。
float* p：此声明创建了一个指向浮点数的指针 p，在涉及到对单精度浮点数的高效处理或与底层库交互时可能会用到。
int** p：这里的 p 是指向整数的指针的指针，是一种更为复杂的指针类型，可用于构建多层间接引用的数据结构，如某些高级数据处理场景或模拟特定的内存布局。
int*[] p：表示 p 是指向整数的指针的一维数组，这种类型在处理数组的数组或者动态分配的二维数组（其中每个元素是一个指针）时非常有用。
char* p：p 是指向字符的指针，常用于字符串处理或与 C 风格字符串交互的场景，能够直接操作字符数组的内存地址。
void* p：这是一个指向未知类型的指针，具有很强的通用性，可用于在一些需要处理多种数据类型或者在底层内存块操作而不关心具体数据类型的情况下。
  需要注意的是，在同一个声明中声明多个指针时，星号 * 仅与基础类型一起写入，而不是用作每个指针名称的前缀。例如，int* p1, p2, p3; 是正确的声明方式，而 int *p1, *p2, *p3; 则是错误的。下面是一个简单的示例，展示了在 C# 中使用了 unsafe 修饰符时指针的基本使用：

usingSystem;namespaceUnsafeCodeApplication{classProgram{staticunsafevoidMain(string[] args){intvar=20;// 声明一个指向整数的指针 p，并将 var 的地址赋值给它int* p =&var;
            Console.WriteLine("Data is: {0} ",var);
            Console.WriteLine("Address is: {0}",(int)p);
            Console.ReadKey();}}}

  当上述代码被编译和执行时，将会输出变量 var 的值以及它在内存中的地址。这清晰地展示了如何获取一个变量的地址并通过指针来表示它。

二、灵活运用指针

（一）局部不安全代码块

  并非整个方法都必须声明为不安全代码，有时只需要在方法的一部分使用指针操作，这时可以使用局部不安全代码块。例如：

usingSystem;namespaceUnsafeCodeApplication{classProgram{publicstaticvoidMain(){// 局部不安全代码块开始unsafe{intvar=20;int* p =&var;
                Console.WriteLine("Data is: {0} ",var);
                Console.WriteLine("Data is: {0} ", p->ToString());
                Console.WriteLine("Address is: {0} ",(int)p);}// 局部不安全代码块结束
            Console.ReadKey();}}}

  在这个示例中，只有在 unsafe 块内才使用了指针操作，这样可以在保证代码安全性的前提下，灵活地运用指针来处理特定的逻辑。

（二）指针作为方法参数传递

  指针变量可以像其他普通变量一样作为方法的参数进行传递，这在需要在不同方法之间共享内存地址或者进行数据交换时非常有用。以下是一个示例：

usingSystem;namespaceUnsafeCodeApplication{classTestPointer{// 定义一个接受两个指针参数的方法，用于交换两个指针所指向的值publicunsafevoidswap(int* p,int*q){int temp =*p;*p =*q;*q = temp;}publicunsafestaticvoidMain(){TestPointer pt =newTestPointer();int var1 =10;int var2 =20;int* x =&var1;int* y =&var2;

            Console.WriteLine("Before Swap: var1:{0}, var2: {1}", var1, var2);// 调用 swap 方法，传递两个指针变量作为参数
            pt.swap(x, y);
            Console.WriteLine("After Swap: var1:{0}, var2: {1}", var1, var2);
            Console.ReadKey();}}}

  在这个例子中，swap 方法接受两个指向整数的指针，通过指针操作交换了它们所指向的值，从而实现了两个变量值的交换。

（三）使用指针访问数组元素

  在 C# 中，数组名称和指向与数组数据具有相同数据类型的指针是不同的变量类型。例如，int *p 和 int[] p 是不同的类型。由于指针在内存中不是固定的，可以进行递增操作来访问连续的内存地址，而数组地址在内存中是固定的，不能直接递增数组名来访问元素。如果需要使用指针变量访问数组数据，可以使用 fixed 关键字来固定指针。以下是一个示例：

usingSystem;namespaceUnsafeCodeApplication{classTestPointer{publicunsafestaticvoidMain(){int[] list ={10,100,200};// 使用 fixed 关键字固定指针，使其指向数组 listfixed(int*ptr = list){// 循环遍历数组，通过指针访问数组元素的地址和值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();}}}

  在这个示例中，通过 fixed 关键字将指针 ptr 固定到数组 list 上，然后利用指针的算术运算来访问数组的每个元素的地址和值，就像在 C 或 C++ 中操作数组一样。

三、编译不安全代码的注意事项

  由于不安全代码涉及到指针操作和底层内存访问，C# 编译器在默认情况下是不允许编译这类代码的。为了编译包含不安全代码的程序，需要采取一些特殊的步骤。
  如果使用命令行编译器，需要指定 /unsafe 命令行参数。例如，要编译名为 prog1.cs 的包含不安全代码的程序，应在命令行中输入命令：csc /unsafe prog1.cs。
如果使用 Visual Studio IDE，则需要在项目属性中启用不安全代码。具体步骤如下：

• 双击资源管理器（Solution Explorer）中的属性（properties）节点，打开项目属性（project properties）。
• 点击 Build 标签页。
• 选择选项 “Allow unsafe code”。