快捷導(dǎo)航

如何在C#中使用指針

更新時(shí)間：2020年06月01日 17:13:40 作者：一線碼農(nóng)上海

這篇文章主要介紹了如何在C#中使用指針，文中代碼簡(jiǎn)單易懂，幫助大家更好的工作和學(xué)習(xí)，感興趣的朋友快來了解下

一：背景

1. 講故事

高級(jí)語言玩多了，可能很多人對(duì)指針或者匯編都淡忘了，本篇就和大家聊一聊指針，雖然C#中是不提倡使用的，但你能說指針在C#中不重要嗎？你要知道FCL內(nèi)庫中大量的使用指針，如String,Encoding,FileStream等等數(shù)不勝數(shù)，如例代碼：

	private unsafe static bool EqualsHelper(string strA, string strB)
	{
		fixed (char* ptr = &strA.m_firstChar)
		{
			fixed (char* ptr3 = &strB.m_firstChar)
			{
				char* ptr2 = ptr;
				char* ptr4 = ptr3;
				while (num >= 12) {...}
				while (num > 0 && *(int*)ptr2 == *(int*)ptr4) {...}
			}
		}
	}

	public unsafe Mutex(bool initiallyOwned, string name, out bool createdNew, MutexSecurity mutexSecurity)
	{
		byte* ptr = stackalloc byte[(int)checked(unchecked((ulong)(uint)securityDescriptorBinaryForm.Length))]
	}
 
 private unsafe int ReadFileNative(SafeFileHandle handle, byte[] bytes, out int hr)
 {
  fixed (byte* ptr = bytes)
		{
			num = ((!_isAsync) ? Win32Native.ReadFile(handle, ptr + offset, count, out numBytesRead, IntPtr.Zero) : Win32Native.ReadFile(handle, ptr + offset, count, IntPtr.Zero, overlapped));
		}
 }

對(duì)，你覺得的美好世界，其實(shí)都是別人幫你負(fù)重前行，退一步說，指針的理解和不理解，對(duì)你研究底層源碼影響是不能忽視的，指針相對(duì)比較抽象，考的是你的空間想象能力，可能現(xiàn)存的不少程序員還是不太明白，因?yàn)槟闳狈λ娂此玫墓ぞ撸Ｍ@一篇能幫你少走些彎路。

二：windbg助你理解

指針雖然比較抽象，但如果用windbg實(shí)時(shí)查看內(nèi)存布局，就很容易幫你理解指針的套路，下面先理解下指針的一些簡(jiǎn)單概念。

1. &、* 運(yùn)算符

&取址運(yùn)算符，用于獲取某一個(gè)變量的內(nèi)存地址, *運(yùn)算符，用于獲取指針變量中存儲(chǔ)地址指向的值，很抽象吧，看windbg。

 unsafe
 {
  int num1 = 10;
  int* ptr = &num1;
  int** ptr2 = &ptr;
  var num2 = **ptr2;
 }


0:000> !clrstack -l
ConsoleApp4.Program.Main(System.String[]) [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp4\Program.cs @ 26]
 LOCALS:
  0x000000305f5fef24 = 0x000000000000000a
  0x000000305f5fef18 = 0x000000305f5fef24
  0x000000305f5fef10 = 0x000000305f5fef18
  0x000000305f5fef0c = 0x000000000000000a

2. **運(yùn)算符

** 也叫二級(jí)指針，指向一級(jí)指針變量地址的指針，有點(diǎn)意思，如下程序：ptr2指向的就是 ptr的棧上地址，一圖勝千言。

 unsafe
 {
  int num1 = 10;
  int* ptr = &num1;
  int** ptr2 = &ptr;
  var num2 = **ptr2;
 }


0:000> !clrstack -l
ConsoleApp4.Program.Main(System.String[]) [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp4\Program.cs @ 26]
 LOCALS:
  0x000000305f5fef24 = 0x000000000000000a
  0x000000305f5fef18 = 0x000000305f5fef24
  0x000000305f5fef10 = 0x000000305f5fef18
  0x000000305f5fef0c = 0x000000000000000a

3. ++、–運(yùn)算符

這種算術(shù)操作常常用在數(shù)組或者字符串等值類型集合，比如下面代碼：

 fixed (int* ptr = new int[3] { 1, 2, 3 }) { }
 fixed (char* ptr2 = "abcd") { }

首先ptr默認(rèn)指向數(shù)組在堆上分配的首地址，也就是1的內(nèi)存地址，當(dāng)ptr++后會(huì)進(jìn)入到下一個(gè)整形元素2的內(nèi)存地址，再++后又進(jìn)入下一個(gè)int的內(nèi)存地址，也就是3，很簡(jiǎn)單吧，我舉一個(gè)例子：

  unsafe
  {
   fixed (int* ptr = new int[3] { 1, 2, 3 })
   {
    int* cptr = ptr;
			 Console.WriteLine(((long)cptr++).ToString("x16"));
				Console.WriteLine(((long)cptr++).ToString("x16"));
				Console.WriteLine(((long)cptr++).ToString("x16"));
   }
  }

0:000> !clrstack -l
 LOCALS:
  0x00000070c15fea50 = 0x000001bcaac82da0
  0x00000070c15fea48 = 0x0000000000000000
  0x00000070c15fea40 = 0x000001bcaac82dac
  0x00000070c15fea38 = 0x000001bcaac82da8

一圖勝千言哈，Console中的三個(gè)內(nèi)存地址分別存的值是1,2,3哈，不過這里要注意的是，C#是托管語言，引用類型是分配在托管堆中，所以堆上地址會(huì)存在變動(dòng)的可能性，這是因?yàn)镚C會(huì)定期回收內(nèi)存，所以vs編譯器需要你用fixed把堆上內(nèi)存地址固定住來逃過GC的打壓，在本例中就是 0x000001bcaac82da0 - (0x000001bcaac82da8 +4)

三：用兩個(gè)案例幫你理解

古語說的好，一言不中，千言無用，你得拿一些例子活講活用，好吧，準(zhǔn)備兩個(gè)例子。

1. 使用指針對(duì)string中的字符進(jìn)行替換

我們都知道string中有一個(gè)replace方法，用于將指定的字符替換成你想要的字符，可是C#中的string是不可變的，你就是對(duì)它吐口痰它都會(huì)生成一個(gè)新字符串，🐮👃的是用指針就不一樣了，你可以先找到替換字符的內(nèi)存地址，然后將新字符直接賦到這個(gè)內(nèi)存地址上，對(duì)不對(duì)，我來寫一段代碼，把abcgef 替換成 abcdef, 也就是將 g 替換為 d。

   unsafe
   {
    //把 'g' 替換成 'd'
    string s = "abcgef";
    char oldchar = 'g';
    char newchar = 'd';
    Console.WriteLine($"替換前:{s}");
    var len = s.Length;
    fixed (char* ptr = s)
    {
     //當(dāng)前指針地址
     char* cptr = ptr;
     for (int i = 0; i < len; i++)
     {
      if (*cptr == oldchar)
      {
       *cptr = newchar;
       break;
      }
      cptr++;
     }
    }

    Console.WriteLine($"替換后:{s}");
   }

看輸出結(jié)果沒毛病，接下來用windbg去線程棧上找找當(dāng)前有幾個(gè)string對(duì)象的引用地址，可以在break處抓一個(gè)dump文件。

從圖中 LOCALS 中的10個(gè)變量地址來看，后面9個(gè)有帶地址的都是靠近string首地址： 0x000001ef1ded2d48，說明并沒有新的string產(chǎn)生。

2. 指針和索引遍歷速度大比拼

平時(shí)我們都是通過索引對(duì)數(shù)組進(jìn)行遍歷，如果和指針進(jìn)行碰撞測(cè)試，您覺得誰快呢？如果我說索引方式就是指針的封裝，你應(yīng)該知道答案了吧，下面來一起觀看到底快多少？？？

為了讓測(cè)試結(jié)果更加具有觀賞性，我準(zhǔn)備遍歷1億個(gè)數(shù)字，環(huán)境為：netframework4.8, release模式

  static void Main(string[] args)
  {
   var nums = Enumerable.Range(0, 100000000).ToArray();

   for (int i = 0; i < 10; i++)
   {
    var watch = Stopwatch.StartNew();
    Run1(nums);
    watch.Stop();
    Console.WriteLine(watch.ElapsedMilliseconds);
   }

   Console.WriteLine(" -------------- ");

   for (int i = 0; i < 10; i++)
   {
    var watch = Stopwatch.StartNew();
    Run2(nums);
    watch.Stop();
    Console.WriteLine(watch.ElapsedMilliseconds);
   }

   Console.WriteLine("執(zhí)行結(jié)束啦！");
   Console.ReadLine();
  }

  //遍歷數(shù)組
  public static void Run1(int[] nums)
  {
   unsafe
   {
    //數(shù)組最后一個(gè)元素的地址
    fixed (int* ptr1 = &nums[nums.Length - 1])
    {
     //數(shù)組第一個(gè)元素的地址
     fixed (int* ptr2 = nums)
     {
      int* sptr = ptr2;
      int* eptr = ptr1;
      while (sptr <= eptr)
      {
       int num = *sptr;
       sptr++;
      }
     }
    }
   }
  }

  public static void Run2(int[] nums)
  {
   for (int i = 0; i < nums.Length; i++)
   {
    int num = nums[i];
   }
  }