编辑“︁C Sharp 不安全代码”︁

= C#不安全代码 =

== 介绍 ==
'''不安全代码'''是C#中一种允许直接操作内存和指针的特殊功能，它绕过了CLR（公共语言运行时）的内存安全检查机制。虽然C#通常强调类型安全和内存安全，但在某些高性能或与底层系统交互的场景中，开发者可能需要使用指针来直接访问内存。不安全代码通过<code>unsafe</code>关键字启用，并允许在特定代码块中使用指针和其他低级操作。

不安全代码的典型应用包括：
* 高性能计算（如数学算法优化）
* 与原生代码或硬件交互（如调用C/C++库）
* 处理内存映射文件或网络协议

== 启用不安全代码 ==
在C#项目中使用不安全代码需要：
1. 在代码中使用<code>unsafe</code>关键字标记代码块
2. 在项目配置中启用"Allow Unsafe Code"选项（在Visual Studio中可通过项目属性 > 生成设置启用）

示例项目配置（.csproj文件）：
<syntaxhighlight lang="xml">
<PropertyGroup>
    <AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks>
</PropertyGroup>
</syntaxhighlight>

== 基本语法 ==
=== unsafe关键字 ===
<code>unsafe</code>可以修饰：
* 整个方法
* 代码块
* 类或结构体

示例：
<syntaxhighlight lang="csharp">
unsafe void PointerMethod()
{
    int x = 10;
    int* ptr = &x;  // 获取x的内存地址
    Console.WriteLine($"Value: {*ptr}");  // 解引用指针
}
</syntaxhighlight>

输出：
<pre>
Value: 10
</pre>

=== 指针类型 ===
C#中的指针类型通过在类型后添加<code>*</code>表示：
* <code>int*</code> - 整型指针
* <code>double*</code> - 双精度浮点指针
* <code>char*</code> - 字符指针

指针操作符：
* <code>&</code> - 取地址运算符
* <code>*</code> - 解引用运算符
* <code>-></code> - 通过指针访问成员（相当于<code>(*ptr).member</code>）

== 指针操作示例 ==
=== 基本指针操作 ===
<syntaxhighlight lang="csharp">
unsafe 
{
    int number = 42;
    int* pointer = &number;
    
    Console.WriteLine($"Address: {(long)pointer:X}");  // 输出内存地址（16进制）
    Console.WriteLine($"Value: {*pointer}");          // 输出存储的值
    
    *pointer = 100;  // 通过指针修改值
    Console.WriteLine($"New value: {number}");
}
</syntaxhighlight>

输出：
<pre>
Address: 2BF4A3D84FC
Value: 42
New value: 100
</pre>

=== 指针算术 ===
指针支持加减运算来移动内存位置（按类型大小移动）：
<syntaxhighlight lang="csharp">
unsafe 
{
    int[] numbers = { 10, 20, 30, 40, 50 };
    
    fixed (int* ptr = numbers)
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Console.WriteLine($"Address: {(long)(ptr + i):X}, Value: {*(ptr + i)}");
        }
    }
}
</syntaxhighlight>

输出：
<pre>
Address: 2BF4A3D84FC, Value: 10
Address: 2BF4A3D8500, Value: 20
Address: 2BF4A3D8504, Value: 30
Address: 2BF4A3D8508, Value: 40
Address: 2BF4A3D850C, Value: 50
</pre>

注意：数组访问必须使用<code>fixed</code>语句防止垃圾回收移动内存。

== 实际应用案例 ==
=== 图像处理 ===
不安全代码常用于高性能图像处理，如快速像素操作：

<syntaxhighlight lang="csharp">
unsafe void InvertImage(Bitmap bitmap)
{
    BitmapData data = bitmap.LockBits(
        new Rectangle(0, 0, bitmap.Width, bitmap.Height),
        ImageLockMode.ReadWrite,
        bitmap.PixelFormat);
    
    byte* ptr = (byte*)data.Scan0;
    int bytesPerPixel = Image.GetPixelFormatSize(bitmap.PixelFormat) / 8;
    int totalBytes = data.Stride * data.Height;
    
    for (int i = 0; i < totalBytes; i += bytesPerPixel)
    {
        ptr[i] = (byte)(255 - ptr[i]);       // B
        ptr[i+1] = (byte)(255 - ptr[i+1]);   // G
        ptr[i+2] = (byte)(255 - ptr[i+2]);   // R
    }
    
    bitmap.UnlockBits(data);
}
</syntaxhighlight>

=== 与原生代码交互 ===
调用Windows API函数示例：

<syntaxhighlight lang="csharp">
[DllImport("kernel32.dll", CharSet = CharSet.Unicode)]
public static extern unsafe int MultiByteToWideChar(
    uint codePage,
    uint flags,
    byte* multiByteStr,
    int multiByteLength,
    char* wideCharStr,
    int wideCharLength);

unsafe string ConvertToUnicode(byte[] multiByte)
{
    fixed (byte* mbPtr = multiByte)
    {
        int length = MultiByteToWideChar(0, 0, mbPtr, -1, null, 0);
        char[] wideChars = new char[length];
        
        fixed (char* wcPtr = wideChars)
        {
            MultiByteToWideChar(0, 0, mbPtr, -1, wcPtr, length);
        }
        
        return new string(wideChars, 0, length - 1);
    }
}
</syntaxhighlight>

== 内存布局与结构体 ==
使用<code>StructLayout</code>控制内存布局：

<syntaxhighlight lang="csharp">
[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
unsafe struct Packet
{
    [FieldOffset(0)] public uint Header;
    [FieldOffset(4)] public fixed byte Data[256];
    [FieldOffset(260)] public ushort Checksum;
}
</syntaxhighlight>

== 安全注意事项 ==
使用不安全代码时需特别注意：
1. '''内存安全'''：指针操作可能造成内存泄漏或损坏
2. '''类型安全'''：错误的指针类型转换会导致未定义行为
3. '''固定对象'''：使用<code>fixed</code>防止垃圾回收移动内存
4. '''缓冲区溢出'''：指针算术可能导致数组越界

== 性能考虑 ==
<mermaid>
pie
    title 不安全代码适用场景
    "性能关键代码" : 45
    "原生代码交互" : 30
    "特殊内存操作" : 20
    "其他" : 5
</mermaid>

数学公式示例（指针地址计算）：
<math>
address_{new} = address_{base} + (index \times sizeof(T))
</math>

其中：
* <math>address_{base}</math>是基地址
* <math>index</math>是元素索引
* <math>sizeof(T)</math>是类型T的大小

== 总结 ==
C#不安全代码提供了直接内存访问能力，在特定场景下非常有用，但应谨慎使用。关键点：
* 使用<code>unsafe</code>关键字启用不安全上下文
* 指针操作允许直接内存访问但牺牲安全性
* <code>fixed</code>语句防止垃圾回收移动托管对象
* 不安全代码主要用于性能优化和与原生代码交互

建议开发者在确实需要时才使用不安全代码，并确保充分测试相关代码。

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