C# unsafe code (1)

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Jan 22, 2024

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c-sharp-unsafe-1

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学习思考

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使用指针的前提条件

必须在unsafe上下文中
必须使用AllowUnsafeBlocks编译器（Unity中为项目设置打开 Allow ‘unsafe’ code 选项）
写作引用类型* (type* identifier 或者未知引用类型的 void* identifier)
引用类型必须为非托管类型

使用fixed语句防止GC重新定位可移动变量，并声明指向该变量的指针

固定变量的地址在语句的持续时间内不会更改
只能在相应的fixed语句中使用声明的指针，该指针是只读的
由于fixed语句中定义的指针不能动，可以在fixed域内使用另一个指针指向该指针进行移动in


int[] example = [10,20,30,40];
unsafe
{
	fixed(int* staticP = &example[0]) //staticP固定指向数组头
	{
		int* dynamicP = staticP;//先声明一个动态指针指向数组头的静态指针
		Console.WriteLine(*dynamicP); //输出10
		dynamicP += 1;//一个int的尺寸
		Console.WriteLine(*dynamicP); //输出20
	}
}

void* p由于不知道目标数据类型，不能用*p来获取内容，但是可以通过强制转换到其他指定类型来获取，如(int*)p

方法间传递指针会导致未定义的行为。考虑使用in\out\ref或是以函数结果的方式，将指针传至区域变量。如果已经在静态区域中设置指针，则该指针指向的变量可能是不固定的

运算符

运算符	解释	样例	结果
*	执行指针间接取值	*p	指针p指向的数据内容
->	透过指针存取结构的成员	p->t	相当于(*p).t，即获得指针p指向的数据类型中的t变量的数据
[]	索引指针	*p[10]	指针数组p的第十个指针指向的数据内容
&	指针地址	&p	返回指针p的地址
逻辑运算符（==等）	判断指针地址逻辑	p==t	p指针指向地址是否等于t
stackalloc	在堆栈上配置内存	Span<int> number = stackalloc int[length];	方法中使用，在堆上分配内存块，在方法返回时自动丢弃。不能显式释放使用stackalloc分配的内存，此内存块不受GC影响，也不需要fixed固定。分配给Span<T>或者ReadOnlySpan<T>时不需要unsafe
fixed语句	临时固定变量以找到其地址	ㅤ	ㅤ

fixed关键字用于创建数据结构中固定大小的数组的缓冲区，用法：private fixed char name[30]

C#的安全代码声明的数组是不包含数组内元素的，只有对这些元素的引用
在安全代码里， struct中如果有可变数组，struct的大小并不依赖数组长度，因为在这里数组是引用
结构可以在不安全代码中包含嵌入的固定大小数组，即fixed修饰的数组可以放在unsafe struct中

此时使用fixed语句获取指向第一个元素的指针，即下面代码中charPtr指向fixedBuffer的第一个元素指针


unsafe struct Buffer
{
	public fixed char fixedBuffer[128];
}
unsafe class Example
{
	public Buffer buffer;
}

void Test()
{
	unsafe
	{
		fixed(char* charPtr = example.buffer.fixedBuffer)
		{
			*charPtr = 'A';
		}
	}
}

固定大小的缓冲区相比常规数组的特性

只能用于unsafe
只能是结构的实例字段
始终是矢量或一维数组
声明应包括长度

使用指针复制字节数组

unsafe关键字+Copy方法+fixed语句声明指向源数组与目标数组的指针并固定在内存中以避免被GC


static unsafe void Copy (byte[] src, int srcOffset, byte[] tar, int tarOffset, int count)
{
	if(src==null || tar==null) throw Exception();
	if(srcOffset<0 || tarOffset<0 || count<0) throw Exception();
	if(src.length-srcOffset<count || tar.length-tarOffset<count) throw Exception();
	fixed(byte* pSrc=src, pTar = tar)
	{
		for(int i=0; i<count; i++)
		{
			pTar[tarOffset+i]=pSrc[srcOffset+i];
		}
	}
}

C#提供delegate定义安全函数指针对象，调用委托时需要实例化委托拍省得类型并虚拟方法调用Invoke，该方式使用IL指令callvirt

IL指令calli效率更高，需要改用delegate* 实现，以下是两种不同实现


public static T Combine<T>(Func<T, T, T> combinator, T left, T right) => 
    combinator(left, right);

public static T UnsafeCombine<T>(delegate*<T, T, T> combinator, T left, T right) => 
    combinator(left, right);

如何使用Unsafe的高效版本


static int localMultiply(int x, int y) => x * y;
int product = UnsafeCombine(&localMultiply, 3, 4);

规则

函数只能在unsafe{}中声明
只能在unsafe中调用delegate*
只能在static函数中用&获取函数地址

delegate* 表示声明是函数指针，方法组分配给函数指针时，&表示操作采用方法的地址
使用managed和unmanaged为delegate* 指定调用约定（？）