C#指針內存控制Marshal內存數據存儲原理是什么

本篇內容介紹了“C#指針內存控制Marshal內存數據存儲原理是什么”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

了解內存的原理

1、內存是由 Key 和 Value 組成，Key 是內存地址、Value 是存儲的數據；

2、Key：是一個32位長度的二進制數；（64位的程序則是64位長度的二進制）

• > 32位最大值為二進制 ?0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111?

• 或十六進制 0x7FFF FFFF，或十進制 2 147 483 647 (2GB) (int.MaxValue)；

• > 在C#程序中由 IntPtr 類型進行存儲，常以十六進制數進行交互；

3、Value：則是一個8位長度的二進制數；（所以說計算機只能存儲 0 和 1 就是這原因）

• > 最大值為二進制 1111 1111?，或十六進制 0xFF，或十進制 255；

• > 也就是 1byte 的數據，所以說計算機最小存儲單位為 byte 也正是如此；

4、內存組成結構如下：

• >  二進制：Key (0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111?) = Value (1111 1111)

• >  十六進制：Key (0x7FFF FFFF) = Value (0xFF)

• >  十進制：Key (2 147 483 647) = Value (255)

• >  程序：Key (IntPtr) = Value (byte)

了解指針的原理

1、指針是用于指向一個值類型數據，非想象中的面向過程邏輯、認為第一個讀取后會自動指向下一個，哈哈；

2、如 int 類型的指針，就是將指定內存地址中的數據轉換成 int 數據；

3、由于 int 類型長度為32位(4byte)，所以指針讀取數據時會自動取連續4byte的數據來轉換成 int；

• > 如一個 int 類型值為 123456，假設他的內存地址為 IntPtr(0x014245E0)，那么他所占用的內存塊則為以下：

• 第1byte：IntPtr(0x014245E0) = byte(0x40)

• 第2byte：IntPtr(0x014245E1) = byte(0xE2)

• 第3byte：IntPtr(0x014245E2) = byte(0x01)

• 第4byte：IntPtr(0x014245E3) = byte(0x00)

• 組成結構為：IntPtr(0x014245E0) = byte[] { 0x40, 0xE2, 0x01, 0x00 }

• > 那么下一個對象則就從 IntPtr(0x014245E4) 開始，如：IntPtr(0x014245E4) = byte[] { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 }；

OK，說完原理得開始說代碼了，來個華麗的分割線；

再聲明一下： 

• 1、由于 C# 程序中默認是不允許使用不安全代碼，如內存控制、指針等操作；

• 2、所以關于非安全操作的代碼需要寫在 unsafe 語句塊中；

• 3、另外還需要設置允許使用不安全代碼，如：解決方案 > 選擇項目 > 右鍵 > 屬性 > 生成 > [√] 允許不安全代碼；

1、通過指針修改 值類型 的變量數據

int val = 10;
 
unsafe
{
    int* p = &val;  //&val用于獲取val變量的內存地址，*p為int類型指針、用于間接訪問val變量
 
    *p *= *p;       //通過指針修改變量值（執行此操作后 val 變量值將會變成 100）
}

2、通過指針修改 引用類型 的變量數據

string val = "ABC";
 
unsafe
{
    fixed (char* p = val)   //fixed用于禁止垃圾回收器重定向可移動的變量，可理解為鎖定引用類型對象
    {
        *p = 'D';           //通過指針修改變量值（執行此操作后 val 變量值將會變成 "DBC"）
        p[2] = 'E';         //通過指針修改變量值（執行此操作后 val 變量值將會變成 "DBE"）
        int* p2 = (int*)p;  //將char類型的指針轉換成int類型的指針
    }
}

3、通過指針修改 數組對象 的成員數據

double[] array = { 0.1, 1.5, 2.3 };
 
unsafe
{
    fixed (double* p = &array[2])
    {
        *p = 0.2;           //通過指針修改變量值（執行此操作后 array 變量值將會變成{ 0.1, 1.5, 0.2 }）
    }
}

4、通過指針修改 類對象 的字段數據

User val = new User() { age = 25 };
 
unsafe
{
    fixed (int* p = &val.age)   //fixed用于禁止垃圾回收器重定向可移動的變量，可理解為鎖定引用類型對象
    {
        *p = *p + 1;            //通過指針修改變量值（執行此操作后 val.age 變量值將會變成 26）
    }
}
 
/*
public class User
{
    public string name;
    public int age;
}
*/

5、通過IntPtr自定義內存地址修改 值類型 數據

char val = 'A';
 
unsafe
{
    int valAdd = (int)&val;             //獲取val變量的內存地址，并將地址轉換成十進制數
 
    //IntPtr address = (IntPtr)123;     //選擇一個內存地址(可以是任何一個變量的內存地址)
    IntPtr address = (IntPtr)valAdd;    //選擇一個內存地址(暫使用val變量的內存地址做測試)
                                    
    byte* p = (byte*)address;           //將指定的內存地址轉換成byte類型的指針（如果指定的內存地址不可操的話、那操作時則會報異常“嘗試讀取或寫入受保護的內存。這通常指示其他內存已損壞。”）
    byte* p2 = (byte*)2147483647;       //還可通過十進制的方式選擇內存地址
    byte* p3 = (byte*)0x7fffffff;       //還可通過十六進制的方式選擇內存地址
                                        
    *p = (byte)'B';                     //通過指針修改變量值（執行此操作后 val 變量值將會變成 'B'）
}

6、void* 一個任意類型的指針

int valInt = 10;        //定義一個int類型的測試val
char valChar = 'A';     //定義一個char類型的測試val
 
int* pInt = &valInt;    //定義一個int*類型的指針
char* pChar = &valChar; //定義一個char*類型的指針
 
void* p1 = pInt;        //void*可以用于存儲任意類型的指針
void* p2 = pChar;       //void*可以用于存儲任意類型的指針
 
pInt = (int*)p2;        //將void*指針轉換成int*類型的指針 (#需要注意一點：因為都是byte數據、所以不會報轉換失敗異常)
pChar = (char*)p1;      //將void*指針轉換成char*類型的指針(#需要注意一點：因為都是byte數據、所以不會報轉換失敗異常)

7、stackalloc 申請內存空間

unsafe
{
    int* intBlock = stackalloc int[100];
    char* charBlock = stackalloc char[100];
}

8、Marshal 操作內存數據

using System.Runtime.InteropServices;
 
//int length = 1024;                //定義需要申請的內存塊大小(1KB)
int length = 1024 * 1024 * 1024;    //定義需要申請的內存塊大小(1GB)
IntPtr address = Marshal.AllocHGlobal(length);                //從非托管內存中申請內存空間，并返會該內存塊的地址 (單位：字節)
                                                              //相當于byte[length]
                                                              //注意：申請內存空間不會立即在任務管理器中顯示內存占用情況
try
{
    #region Marshal - 寫入
    {
        Marshal.WriteByte(address, 111);                      //修改第一個byte中的數據
        Marshal.WriteByte(address, 0, 111);                   //修改第一個byte中的數據
        Marshal.WriteByte(address, 1, 222);                   //修改第二個byte中的數據
        Marshal.WriteByte(address, length - 1, 255);          //修改最后一個byte中的數據 (#此處需要注意，如果定義的偏移量超出則會誤修改其他變量的數據)
    }
    #endregion
 
    #region Marshal - 讀取
    {
        int offset = length - 1;    //定義讀取最后一個byte的內容
 
        byte buffer0 = Marshal.ReadByte(address);             //讀取第一個byte中的數據
        byte buffer1 = Marshal.ReadByte(address, 0);          //讀取第一個byte中的數據
        byte buffer2 = Marshal.ReadByte(address, 1);          //讀取第二個byte中的數據
        byte buffer3 = Marshal.ReadByte(address, length - 1); //讀取最后一個byte中的數據
    }
    #endregion
 
    #region Marshal - 數組數據寫入到目標內存塊中
    {
        //source可以是byte[]、也可以是int[]、char[]...
        byte[] source = new byte[] { 1, 2, 3 };
 
        //將source變量的數組數據拷貝到address內存塊中
        Marshal.Copy(source: source,
            startIndex: 0,          //從source的第一個item開始
            length: 3,              //選擇source的3個item
            destination: address);  //選擇存儲的目標 (會寫到address內存塊的開頭處)
    }
    #endregion
 
    #region Marshal - 內存塊數據讀取到目標數組中
    {
        //dest可以是byte[]、也可以是int[]、char[]...
        byte[] dest = new byte[5];
 
        Marshal.Copy(source: address,
            destination: dest,      //#注意：目標數組不能為空、且需要有足夠的空間可接收數據
            startIndex: 1,          //從dest數組的第二個item開始
            length: 3);             //將address內存塊的前3個item寫入到dest數組中
    }
    #endregion
 
    unsafe
    {
        int[] array = new int[5] { 1, 2, 3, 4, 5 };
 
        int* p = (int*)Marshal.UnsafeAddrOfPinnedArrayElement(array, 1);    //獲取數組第二個item的內存地址、并轉換成int類型的指針
        char* p2 = (char*)Marshal.UnsafeAddrOfPinnedArrayElement(array, 1); //獲取數組第二個item的內存地址、并轉換成char類型的指針
    }
}
finally
{
    Marshal.FreeHGlobal(address);   //釋放非托管內存中分配出的內存 (釋放后可立即騰出空間給系統復用)
}

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