C#指针内存控制Marshal内存数据存储原理是什么

本篇内容介绍了“C#指针内存控制Marshal内存数据存储原理是什么”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

了解内存的原理

1、内存是由 Key 和 Value 组成，Key 是内存地址、Value 是存储的数据；

2、Key：是一个32位长度的二进制数；（64位的程序则是64位长度的二进制）

• > 32位最大值为二进制 ‭0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111‬

• 或十六进制 0x7FFF FFFF，或十进制 2 147 483 647 (2GB) (int.MaxValue)；

• > 在C#程序中由 IntPtr 类型进行存储，常以十六进制数进行交互；

3、Value：则是一个8位长度的二进制数；（所以说计算机只能存储 0 和 1 就是这原因）

• > 最大值为二进制 1111 1111‬，或十六进制 0xFF，或十进制 255；

• > 也就是 1byte 的数据，所以说计算机最小存储单位为 byte 也正是如此；

4、内存组成结构如下：

• >  二进制：Key (0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111‬) = Value (1111 1111)

• >  十六进制：Key (0x7FFF FFFF) = Value (0xFF)

• >  十进制：Key (2 147 483 647) = Value (255)

• >  程序：Key (IntPtr) = Value (byte)

了解指针的原理

1、指针是用于指向一个值类型数据，非想象中的面向过程逻辑、认为第一个读取后会自动指向下一个，哈哈；

2、如 int 类型的指针，就是将指定内存地址中的数据转换成 int 数据；

3、由于 int 类型长度为32位(4byte)，所以指针读取数据时会自动取连续4byte的数据来转换成 int；

• > 如一个 int 类型值为 123456，假设他的内存地址为 IntPtr(0x014245E0)，那么他所占用的内存块则为以下：

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

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

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

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

• 组成结构为：IntPtr(0x014245E0) = byte[] { 0x40, 0xE2, 0x01, 0x00 }

• > 那么下一个对象则就从 IntPtr(0x014245E4) 开始，如：IntPtr(0x014245E4) = byte[] { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 }；

OK，说完原理得开始说代码了，来个华丽的分割线；

再声明一下： 

• 1、由于 C# 程序中默认是不允许使用不安全代码，如内存控制、指针等操作；

• 2、所以关于非安全操作的代码需要写在 unsafe 语句块中；

• 3、另外还需要设置允许使用不安全代码，如：解决方案 > 选择项目 > 右键 > 属性 > 生成 > [√] 允许不安全代码；

1、通过指针修改 值类型 的变量数据

int val = 10;
 
unsafe
{
    int* p = &val;  //&val用于获取val变量的内存地址，*p为int类型指针、用于间接访问val变量
 
    *p *= *p;       //通过指针修改变量值（执行此操作后 val 变量值将会变成 100）
}

2、通过指针修改 引用类型 的变量数据

string val = "ABC";
 
unsafe
{
    fixed (char* p = val)   //fixed用于禁止垃圾回收器重定向可移动的变量，可理解为锁定引用类型对象
    {
        *p = 'D';           //通过指针修改变量值（执行此操作后 val 变量值将会变成 "DBC"）
        p[2] = 'E';         //通过指针修改变量值（执行此操作后 val 变量值将会变成 "DBE"）
        int* p2 = (int*)p;  //将char类型的指针转换成int类型的指针
    }
}

3、通过指针修改 数组对象 的成员数据

double[] array = { 0.1, 1.5, 2.3 };
 
unsafe
{
    fixed (double* p = &array[2])
    {
        *p = 0.2;           //通过指针修改变量值（执行此操作后 array 变量值将会变成{ 0.1, 1.5, 0.2 }）
    }
}

4、通过指针修改 类对象 的字段数据

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动的变量，可理解为锁定引用类型对象
    {
        *p = *p + 1;            //通过指针修改变量值（执行此操作后 val.age 变量值将会变成 26）
    }
}
 
/*
public class User
{
    public string name;
    public int age;
}
*/

5、通过IntPtr自定义内存地址修改 值类型 数据

char val = 'A';
 
unsafe
{
    int valAdd = (int)&val;             //获取val变量的内存地址，并将地址转换成十进制数
 
    //IntPtr address = (IntPtr)123;     //选择一个内存地址(可以是任何一个变量的内存地址)
    IntPtr address = (IntPtr)valAdd;    //选择一个内存地址(暂使用val变量的内存地址做测试)
                                    
    byte* p = (byte*)address;           //将指定的内存地址转换成byte类型的指针（如果指定的内存地址不可操的话、那操作时则会报异常“尝试读取或写入受保护的内存。这通常指示其他内存已损坏。”）
    byte* p2 = (byte*)2147483647;       //还可通过十进制的方式选择内存地址
    byte* p3 = (byte*)0x7fffffff;       //还可通过十六进制的方式选择内存地址
                                        
    *p = (byte)'B';                     //通过指针修改变量值（执行此操作后 val 变量值将会变成 'B'）
}

6、void* 一个任意类型的指针

int valInt = 10;        //定义一个int类型的测试val
char valChar = 'A';     //定义一个char类型的测试val
 
int* pInt = &valInt;    //定义一个int*类型的指针
char* pChar = &valChar; //定义一个char*类型的指针
 
void* p1 = pInt;        //void*可以用于存储任意类型的指针
void* p2 = pChar;       //void*可以用于存储任意类型的指针
 
pInt = (int*)p2;        //将void*指针转换成int*类型的指针 (#需要注意一点：因为都是byte数据、所以不会报转换失败异常)
pChar = (char*)p1;      //将void*指针转换成char*类型的指针(#需要注意一点：因为都是byte数据、所以不会报转换失败异常)

7、stackalloc 申请内存空间

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

8、Marshal 操作内存数据

using System.Runtime.InteropServices;
 
//int length = 1024;                //定义需要申请的内存块大小(1KB)
int length = 1024 * 1024 * 1024;    //定义需要申请的内存块大小(1GB)
IntPtr address = Marshal.AllocHGlobal(length);                //从非托管内存中申请内存空间，并返会该内存块的地址 (单位：字节)
                                                              //相当于byte[length]
                                                              //注意：申请内存空间不会立即在任务管理器中显示内存占用情况
try
{
    #region Marshal - 写入
    {
        Marshal.WriteByte(address, 111);                      //修改第一个byte中的数据
        Marshal.WriteByte(address, 0, 111);                   //修改第一个byte中的数据
        Marshal.WriteByte(address, 1, 222);                   //修改第二个byte中的数据
        Marshal.WriteByte(address, length - 1, 255);          //修改最后一个byte中的数据 (#此处需要注意，如果定义的偏移量超出则会误修改其他变量的数据)
    }
    #endregion
 
    #region Marshal - 读取
    {
        int offset = length - 1;    //定义读取最后一个byte的内容
 
        byte buffer0 = Marshal.ReadByte(address);             //读取第一个byte中的数据
        byte buffer1 = Marshal.ReadByte(address, 0);          //读取第一个byte中的数据
        byte buffer2 = Marshal.ReadByte(address, 1);          //读取第二个byte中的数据
        byte buffer3 = Marshal.ReadByte(address, length - 1); //读取最后一个byte中的数据
    }
    #endregion
 
    #region Marshal - 数组数据写入到目标内存块中
    {
        //source可以是byte[]、也可以是int[]、char[]...
        byte[] source = new byte[] { 1, 2, 3 };
 
        //将source变量的数组数据拷贝到address内存块中
        Marshal.Copy(source: source,
            startIndex: 0,          //从source的第一个item开始
            length: 3,              //选择source的3个item
            destination: address);  //选择存储的目标 (会写到address内存块的开头处)
    }
    #endregion
 
    #region Marshal - 内存块数据读取到目标数组中
    {
        //dest可以是byte[]、也可以是int[]、char[]...
        byte[] dest = new byte[5];
 
        Marshal.Copy(source: address,
            destination: dest,      //#注意：目标数组不能为空、且需要有足够的空间可接收数据
            startIndex: 1,          //从dest数组的第二个item开始
            length: 3);             //将address内存块的前3个item写入到dest数组中
    }
    #endregion
 
    unsafe
    {
        int[] array = new int[5] { 1, 2, 3, 4, 5 };
 
        int* p = (int*)Marshal.UnsafeAddrOfPinnedArrayElement(array, 1);    //获取数组第二个item的内存地址、并转换成int类型的指针
        char* p2 = (char*)Marshal.UnsafeAddrOfPinnedArrayElement(array, 1); //获取数组第二个item的内存地址、并转换成char类型的指针
    }
}
finally
{
    Marshal.FreeHGlobal(address);   //释放非托管内存中分配出的内存 (释放后可立即腾出空间给系统复用)
}

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