C#指针和不安全代码
一、引言
C#非常擅长对开发人员隐藏大部分的基本内存管理，因为它使用了垃圾回收器和引用。但是有时我们需要对一些内存进行访问那么该怎么办？我们可以用C#中的指针。
C#中也是有指针。指针的操作效率虽然高但是不安全。因为我们可以通过地址的操作来修改内存中的一些数据，而这些内存可能被别的程序使用。这样就有可能造成一定的隐患。
例如：
int i =100；
int* pt=&i； //将i的地址取出赋值给pt指针。
*(pt+1)=100; //将pt指针的地址加上1后，将此地址的内容赋值为100.
问题就在第三段，因为pt原先是指向i的，i是程序申请的变量空间，所有合法，但是将pt+1的执行的内存不一定是合法的，所以赋值100有可能会出现错误。
也正是因为指针的不安全性，所以在C#中不经常用指针。而是用引用来代替指针。
C#的引用其实就是一个类型安全的指针。
既然指针不安全为什么还要使用它呢？
1、向后兼容性。
许多的外部工具或其他语言编写的Dll中很多都会用到以指针作为参数来传递。为了适应这些要求，有时不得不用到指针。
2、性能
不得不说，由于指针是直接指向内存的，所以它的效率非常的高。所以在对性能、速度要求很高的场合可以考虑用指针。当然如果有更安全的解决方法，就尽量不使用指针。
二、unsafe关键字
使用指针需要注意什么？
因为指针是不安全的，所以想要使用指针就得使用一个关键字
unsafe
C#只允许在特别标记的代码块中使用指针。这种标记就是unsafe。
1、不安全方法
unsafe int GetSomeNumber()
{
//代码体
}
2、不安全类
unsafe class MyClass
{
//类体
}
3、类中不安全成员
class MyClass
{
unsafe int*pX; //类中不安全指针
}
4、不安全代码块
void MyMethod()
{
unsafe int *pX; //错误不能把局部变量本身标记成unsafe
unsafe
{
//不安全代码块
}
//其余没用到指针的就是安全代码
}
如果想要使用不安全的局部变量，要么将之放在不安全方法中或者不安全类中，要么将之放在不安全代码块中。
三、指针的使用
如下所示：
int * pWidth,pHeight; //定义两个指针变量，分别指向不同的int型4字节的空间
double* pResult; //定义一个指针变量，指向1个8字节double空间
一般情况我们在变量的前面添加p来表示他是个指针，这样有助良好代码风格的养成。
**注意上面的int * pWidth,pHeight;这种声明方式和C++不同，C++/C中声明是int pWidth,pHeight;所以C#和C++的声明有一点不同。
1、示例
下面的代码进一步补充一些操作符
int x=10; //声明变量
int * pX,pY; //声明指针变量
pX=&x; //获取x变量的地址
pY=pX; //将pX的值赋值给pY
*pY=20; //修改pY指向内存的值
以上所有的变量都是都是存储在栈中的，没有存在托管堆中的数据。
指针在栈中实际上就是一个4节的数据，只不过此数据恰好就是指向某个内存字节的地址而已。
例如pX里面的值是123455的话，那表示它指向的字节地址就是123455。
重点要说明一点，C#不能把指针声明为一个类或数组，这样做会使垃圾回收器出现问题。
2、将指针强制转换为整数类型
上面我们提到过，指针实际上就是存储了一个表示地址的整数而已。所以这个整数可以转换为普通的整数或其他任意整数类型。
例如：
int x=10; //声明变量
int * pX,pY; //声明指针变量
pX=&x; //获取x变量的地址
pY=pX; //将pX的值赋值给pY
pY=20; //修改pY指向内存的值
uint y=(uint)pX; //可以转换成普通整型数据
int pD=(int*)y; //还可以将普通整型数据转换为指针
3、指针类型之间的强制转换
byte* aByte=8;
byte* pByte=&aByte;
double pDouble=(double)pByte; //将byte类型的指针转换为double指针
上面的代码虽然合法但也是非常的不安全，因为byte的指针指向的是1个字节的空间，而一旦转换成double类型的指针类型，就会使之指向8个字节的空间，其中只有一个字节是合法的，其余七个字节的地址都是非法的。
4、void*指针
如果想要维护一个指针但是不希望指定它指向的数据类型，就可以吧指针声明为void：
int *pointerToInt；
void pointerToVoid；
pointterToVoid=(void)pointerToInt;
那么问题是，为什么要用void类型的指针，它用在什么地方？
它的主要用途就是调用需要void参数的Api函数上。一般情况下C#使用void指针的情况还不是很多。
5、指针的运算
可以通过指针来访问内存，那么同样的可以将指针进行加减来进行。
可以将指针加减整数，这样指针的值就会发生变化，但是这种变化与指针的类型有一定的关系，而不是仅仅的加减数字的关系。
例如：
uint u=3;
byte b=8;
double d=10.0;
uint pU=&u; //定义uint类型指针，其指向的为4个字节的空间
bytepB=&b; // 定义byte类型的指针，其指向的为1个字节的空间
double*pD=&d; //定义double类型的指针，其指向8个字节的空间
假设上面的指针中的地址为指针里面存的是起始地址：
pU:1233336
pB:1243325
pD:1243352
如果将每个指针都加上2的话，那么pU、pB、pD的值会是怎样的呢。
最终三个指针变量的值会变成：
pU:1233344 //1233336+24 不是1233338
pB:1243327 //1243325+21
pD:1243352 //1243368+2*8 不是1243354
为什么指针加2结果并非是简单的加2呢？
归根结底还是和指针的指向的内存字节数有关，因为int指针指向的4字节，所以它加上2其实是加上2*4=8。这样做非常合理，不会占用已分配的空间。
6、结构指针
当然结构体也可以使用指针的，结构指针的工作方式和值类型的指针的工作方式完全相同。但是这有一个条件，结构体内部不能包含引用类型，否则会导致垃圾处理器出现错误。
struct myStruct
{
public long x;
public float f;
}
就可以给他定义一个指针
myStruct *pStruct；
然后对其进行初始化：
myStruct Struct=new myStruct();
pStruct=&Struct;
也可以通过指针访问结构的成员值：
(*pStruct).X=4;
(*pStruct).Y=3.4f;
但是这个语法有点复杂。因此C#定义了另一个运算符，用一种比较简单的语法，通过指针访问结构的成员那就是->
例如：
pStruct->X=4;
pStruct->Y=3.4f;
7、类成员指针
前面说过，指针不能引用在类中，因为类是引用类型。但是它可以通过fixed关键字来告诉垃圾回收器，可能有引用某些对象的成员的指针，所以这些实例不能移动。
class myClass
{
public long x;
public float f;
}
myClass myObject=new myClass();
long pL=&(myObject.x); //出错
floatpF=&(myObject.f); //出错
尽管x和f都是非托管类型，但是他们嵌入在对象中，所以他们存储在托管堆上。
未解决这个问题，引出一个新的关键字fixed。
myClass myObjec=new myClass();
fixed(long pLt=&(myObject.x))
{
//代码体
}
fixed (floatpF=&(myObject.y))
{
//代码体
}
8、使用指针优化性能
数组我们都熟悉。在C#中数组其实是个对象，他们都是System.Array类的实例。它保存在托管堆中。这自然就会增加系统的开销。那么有没有办法想C语言那样将数组保存在栈中，这样操作起来的效率就会高的多呢？
当然有。要想使数组保存在栈中，必须使用关键字stackalloc。次关键字指示.NET运行库在栈上分配一定量的内存。在调用stackalloc命令时，需要为它提供两条信息：
1、要存储的数据类型
2、需要从存储的数据项数目
举例：
decimal *pDecimal=stackalloc decimal[20];
上面的示例指定了数据类型为decimal，数目为20。这条指令只是分配栈内存。它不会试图把内存初始化为任何默认值，这正好符合我们的目的。因为要创建一个高性能的数组，给它不必要地初始化相应值会降低性能。
来源：CSDN
作者：夏威夷紫菜
链接：https://blog.csdn.net/weixin_40786497/article/details/104182471