本课将简单介绍指针以及它在C#中的使用,不过本课程仅仅会涉及到一些指针方面的浅显知识,如果你对指针不是十分的熟悉,而你又偏偏希望在你的代码中使用指针,我们建议你更深入的了解它。幸运的是,在C#中只有当程序运行速度是极其重要的时候才需要使用到指针。(大多数情况下,我们可以不去理会指针。)
指针符号
指针是一个保存其他类型数据存储地址的变量。在C#中,指针只能指向值类型数据以及数组。
指针以如下的方式使用*隐式定义:
int *p;
有些程序员可能会把*直接放在类型名的后面,例如:int* p,这种定义指针的方式和前一种方式工作情况完全相同。
上面的定义将创建一个指针p。p将保存一个整数(占用4字节)的初始内存地址。
*p(在p前加上*前缀)这种复合语法元素可以用来代表由p指向的内存中存放的实际数据。因此如果给出声明后,*p能够出现在赋值号的左边,如下所示:
*p=5;
这行代码将5赋值给由上面的声明语句初始化的整数。不过,对于如下的赋值语句你可能会感到迷惑:
p=5;
这条语句的效果是改变p保存的内存地址,它并不会改变由初始化声明语句初始化的整数值。这仅仅意味着p将不再指向这个整数。事实上,p现在将指向由内存地址5开始的连续的4个字节(int类型占用的内存位数)。
使用指针的另一个重要的符号是地址运算符&,它会返回变量存储的内存地址。下面是使用这个符号的一个例子,这个例子创建了一个指向整型变量i的指针p:
int i = 5;
int *p;
p = &i;
在上面的代码的基础上,代码
*p=10;
将改变变量i的值为10。因为*p能被理解为保存在由p指向的内存中的整数。
对于指向结构类型的指针还有另外一个重要的符号->。我们可以声明一个指向结构类型的指针,如下所示:(下面的例子中使用到了’Coords’结构,后面的代码中还会使用到)
Coords x = new Coords();
Coords *y = &x;
然后我们可以使用定义的指针y访问x的一个公共成员(例如z)。我么可以使用如下的两种方式:
(*y).z;
y -> x;//使用到符号->
不安全代码
在C#中使用指针的一个主要问题是C#管理环境垃圾收集。在清理内存空间时,垃圾收集器可能在不加警告的情况下改变一个现存类型的存储位置。这时以前指向这个类型的指针将不能再指向它了。这样一种情况将会导致两种潜在的问题。其一,它可能危及到这个C#程序的运行;其二,它可能影响到其他程序的完整性。
正因为上述问题,C#限制指针只能使用在由程序员明确声明为’unsafe’的代码中。因为不安全代码潜在的恶意使用问题,包含不安全代码的程序仅仅当他们能被完全信任时才能运行。
针对垃圾收集器移动数据存储位置的问题,你可以使用’fixed’表达式声明一个指针。这将固定指针指向的数据的位置,这样这个数据的存储位置将保持固定不变,不受垃圾收集器的影响。不过,’fixed’语句只能使用在不安全代码中。
另外值得注意的是,任何在不安全代码中声明的值类型自动变为’fixed’,而且如果你对他们使用了’fixed’表达式,将会产生运行时错误。不过,这条规则并不适用于引用类型(数组)。
下面的代码给出了一个标记为’unsafe’的方法的例子,从前面的讲述中,我们知道第9行的指针p不能使用’fixed’语句声明,因为p指向的是一个已经在不安全代码中声明的结构类型c。
1.
using System;
2.
public struct Coords
3.
{
4.
int x;
5.
int y;
6.
unsafe public static void Main()
7.
{
8.
Coords c = new Coords();
9.
Coords *p = &c;
10.
{
11.
p->y = 6;
12.
(*p).x = 5;
13.
}
14.
Console.WriteLine(c.y);
15.
Console.WriteLine(c.x);
16.
}
17.
}
我们再看看下面的代码,在第8行的指针p必须使用’fixed’语句声明,因为它指向了一个不是在不安全代码段中声明的类型。
1.
using System;
2.
public struct Coords
3.
{
4.
int x;
5.
int y;
6.
unsafe public static void notMain(ref Coords c)
7.
{
8.
fixed (Coords *p = &c)
9.
{
10.
p->y = 6;
11.
(*p).x = 5;
12.
}
13.
Console.WriteLine(c.y);
14.
Console.WriteLine(c.x);
15.
}
16.
}
在上面给出的例子中,’unsafe’都是作为方法的修饰符,不过你也可以在一个代码段中使用它,下面的例子显示了这种用法:
1.
using System;
2.
public static void Main()
3.
{
4.
unsafe
5.
{
6.
Coords c = new Coords();
7.
[...]
8.
}
9.
}
指针、方法和数组
虽然在上面的讲述中我们使用的指针都是指向一个值类型,但是指针也可以指向数组(引用类型)。(也有一些作者认为指针也可以指向字符串)
指针可以像下面的示例那样声明为指向一个数组:
int[] a = {4, 5};
int *b = a;
在这种情况下,b保存的内存地址是数组a的第一个元素的位置。正如前所述,这个元素必须是一个值类型。下面的代码显示了如何使用一个指针改变数组的各个元素的值,对此的解释不在本文讨论范围之列。
1.
using System;
2.
public class Tester
3.
{
4.
public static void Main()
5.
{
6.
int[] a = {4, 5};
7.
changeVal(a);
8.
Console.WriteLine(a[0]);
9.
Console.WriteLine(a[1]);
10.
}
11.
12.
public unsafe static void changeVal(int[] a)
13.
{
14.
fixed (int *b = a)
15.
{
16.
*b = 5;
17.
*(b + 1) = 7;
18.
}
19.
}
20.
}