Язык программирования C#9 и платформа .NET5 - Эндрю Троелсен
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
В главе 4 вы узнали, что в рамках платформы .NET Core определены две крупные категории данных: типы значений и ссылочные типы. По правде говоря, на самом деле есть еще и третья категория: типы указателей. Для работы с типами указателей доступны специфичные операции и ключевые слова (табл. 11.2), которые позволяют обойти схему управления памятью исполняющей среды .NET 5 и взять дело в свои руки.
Перед погружением в детали следует еще раз подчеркнуть, что вам очень редко, если вообще когда-нибудь, понадобится использовать типы указателей. Хотя C# позволяет опуститься на уровень манипуляций указателями, помните, что исполняющая среда .NET Core не имеет абсолютно никакого понятия о ваших намерениях. Соответственно, если вы неправильно управляете указателем, то сами и будете отвечать за последствия. С учетом этих предупреждений возникает вопрос: когда в принципе может возникнуть необходимость работы с типами указателей? Существуют две распространенные ситуации.
• Нужно оптимизировать избранные части приложения, напрямую манипулируя памятью за рамками ее управления со стороны исполняющей среды .NET 5.
• Необходимо вызывать методы из DLL-библиотеки, написанной на С, либо из сервера СОМ, которые требуют передачи типов указателей в качестве параметров. Но даже в таком случае часто можно обойтись без применения типов указателей, отдав предпочтение типу System.IntPtr и членам типа System.Runtime.InteropServices.Marshal.
Если вы решили задействовать данное средство языка С#, тогда придется информировать компилятор C# о своих намерениях, разрешив проекту поддерживать "небезопасный код". Создайте новый проект консольного приложения по имени UnsafeCode и включите поддержку небезопасного кода, добавив в файл UnsafeCode.csproj следующие строки:
<PropertyGroup>
<AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks>
</PropertyGroup>
Для установки этого свойства в Visual Studio предлагается графический пользовательский интерфейс. Откройте окно свойств проекта. В раскрывающемся списке Configuration (Конфигурация) выберите вариант All Configurations (Все конфигурации), перейдите на вкладку Build (Сборка) и отметьте флажок Allow unsafe code (Разрешить небезопасный код), как показано на рис. 11.1.
Ключевое слово unsafe
Для работы с указателями в C# должен быть специально объявлен блок "небезопасного кода" с использованием ключевого слова unsafe (любой код, который не помечен ключевым словом unsafe, автоматически считается "безопасным"). Например, в следующем файле Program.cs объявляется область небезопасного кода внутри операторов верхнего уровня:
using System;
using UnsafeCode;
Console.WriteLine("***** Calling method with unsafe code *****");
unsafe
{
// Здесь работаем с указателями!
}
// Здесь работа с указателями невозможна!
В дополнение к объявлению области небезопасного кода внутри метода можно строить "небезопасные" структуры, классы, члены типов и параметры. Ниже приведено несколько примеров (типы Node и Node2 в текущем проекте определять не нужно):
// Эта структура целиком является небезопасной и может
// использоваться только в небезопасном контексте.
unsafe struct Node
{
public int Value;
public Node* Left;
public Node* Right;
}
// Эта структура безопасна, но члены Node2* - нет.
// Формально извне небезопасного контекста можно
// обращаться к Value, но не к Left и Right.
public struct Node2
{
public int Value;
// Эти члены доступны только в небезопасном контексте!
public unsafe Node2* Left;
public unsafe Node2* Right;
}
Методы (статические либо уровня экземпляра) также могут быть помечены как небезопасные. Предположим, что какой-то статический метод будет использовать логику указателей. Чтобы обеспечить возможность вызова данного метода только из небезопасного контекста, его можно определить так:
static unsafe void SquareIntPointer(int* myIntPointer)
{
// Возвести значение в квадрат просто для тестирования.
*myIntPointer *= *myIntPointer;
}
Конфигурация метода требует, чтобы вызывающий код обращался к методу SquareIntPointer() следующим образом:
unsafe
{
int myInt = 10;
// Нормально, мы находимся в небезопасном контексте.
SquareIntPointer(&myInt);
Console.WriteLine("myInt: {0}", myInt);
}
int myInt2 = 5;
// Ошибка на этапе компиляции!
// Это должно делаться в небезопасном контексте!
SquareIntPointer(&myInt2);
Console.WriteLine("myInt: {0}", myInt2);
Если вы не хотите вынуждать вызывающий код помещать такой вызов внутрь небезопасного контекста, то можете поместить все операторы верхнего уровня в блок unsafe. При использовании в качестве точки входа метода Main() можете пометить Main() ключевым словом unsafe. В таком случае приведенный ниже код скомпилируется:
static unsafe void Main(string[] args)
{
int myInt2 = 5;
SquareIntPointer(&myInt2);
Console.WriteLine("myInt: {0}", myInt2);
}
Запустив такую версию кода, вы получите следующий вывод:
myInt: 25
На заметку! Важно отметить, что термин "небезопасный" был выбран небезосновательно. Прямой доступ к стеку и работа с указателями может приводить к неожиданным проблемам с вашим приложением, а также с компьютером, на котором оно функционирует. Если вам приходится иметь дело с небезопасным кодом, тогда будьте крайне внимательны.
Работа с операциями * и &
После установления небезопасного контекста можно строить указатели и типы данных с помощью операции *, а также получать адрес указываемых данных посредством операции &. В отличие от С или C++ в языке C# операция * применяется только к лежащему в основе типу, а не является префиксом имени каждой переменной указателя. Например, взгляните на показанный далее код, демонстрирующий правильный и неправильный способы объявления указателей на целочисленные переменные:
// Нет! В C# это некорректно!
int *pi, *pj;
// Да! Так поступают в С#.
int* pi, pj;
Рассмотрим следующий небезопасный метод:
static unsafe void PrintValueAndAddress()
{
int myInt;
// Определить указатель на int и присвоить ему адрес myInt.
int* ptrToMyInt = &myInt;
// Присвоить значение myInt, используя обращение через указатель.
*ptrToMyInt = 123;
// Вывести некоторые значения.
Console.WriteLine("Value of myInt {0}", myInt);
//
