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前言

托管內(nèi)存與非托管內(nèi)存

托管內(nèi)存

C#語言開發(fā)的程序所使用的內(nèi)存，我們稱之為托管內(nèi)存。那么什么是托管內(nèi)存呢？我們可以先理解為，C#專用內(nèi)存；即當(dāng)C#的程序運(yùn)行起來，會向電腦內(nèi)存申請一塊專用的內(nèi)存區(qū)，而這塊內(nèi)存區(qū)，就叫做托管內(nèi)存。

在C#語言開發(fā)的程序中，我們所聲明的變量，不論是常量，還變量，都在這塊內(nèi)存中。即，我們聲明一個int k或是聲明一個對象 new Class，他們都是在這塊內(nèi)存中的。

而這塊內(nèi)存（托管內(nèi)存），它很特別，它自身是帶管理功能的，即，它自己會判斷，你聲明的內(nèi)存還用不用，不用他就給回收了。

既然是管理，那就肯定有個管理工具，那么，托管內(nèi)存的管理工具是什么呢？

GC——控制系統(tǒng)垃圾回收器，這個就是托管內(nèi)存的管理工具了，他是專門管理內(nèi)存回收的，這里就不過多的講解GC了，有興趣的朋友可以參考下面的網(wǎng)址。

參考網(wǎng)址：

GC——控制系統(tǒng)垃圾回收器 

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.gc

弱引用 WeakReference

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.weakreference

非托管內(nèi)存

既然，C#語言開發(fā)的程序所使用的內(nèi)存，都叫托管內(nèi)存，那么非托管內(nèi)存自然就是C#程序不使用的內(nèi)存了。

那么，C#程序不使用的內(nèi)存，有什么用呢？我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)呢？

因為，很多語言并不像C#這么優(yōu)秀，有專門的內(nèi)存管理機(jī)制，比如C++；所以，他們的變量和常量都是存儲在非托管內(nèi)存區(qū)的（對于很多語言而言，并沒有托管內(nèi)存和非托管內(nèi)存之分，他們就一個內(nèi)存，在內(nèi)存中找個地址，然后存儲數(shù)據(jù)）。

所以，當(dāng)我們在做項目遇到要和其他語言進(jìn)行交互時，就要接觸非托管內(nèi)存了，因為很多時候，我們需要從非托管內(nèi)存中獲取一些的變量，或者向非托管內(nèi)存中寫入一些數(shù)據(jù)供其他語言調(diào)用。

因此，從理論上來講，C#語言對內(nèi)存的管理是最復(fù)雜的，遠(yuǎn)大于C++，因為它不僅自己開辟了一塊內(nèi)存專區(qū)，同時又兼顧著控制專區(qū)外的內(nèi)存。

下圖為托管內(nèi)存與非托管內(nèi)存的關(guān)系。

安全代碼與非安全代碼

安全代碼

C#的安全代碼就是C#日常寫的代碼，其特點(diǎn)就是代碼中聲明的變量都在托管內(nèi)存；而之所以叫安全代碼，則是因為內(nèi)存全部托管給了內(nèi)存管理器，不存在內(nèi)存泄漏的問題（當(dāng)然，這是理論上，實(shí)際情況某些微軟的控件還是存在內(nèi)存泄漏的問題，相信一定有人遇到過，不過99%的情況下是沒問題的）。

非安全代碼

非安全代碼顯然是與安全代碼相對的，即非安全代碼的變量所使用的內(nèi)存都在非托管內(nèi)存區(qū)。

因為常規(guī)狀態(tài)下我們寫的代碼都是安全代碼，所以想寫非安全代碼一定要加個特殊標(biāo)記，那就是unsafe。

如上述代碼，在unsafe的區(qū)域內(nèi)，我們就可以編寫非安全代碼。

但C#項目在默認(rèn)的情況下是不支持非安全代碼的，即當(dāng)我們嘗試些unsafe時，編譯器會報錯。為什么不默認(rèn)不允許我們使用非安全代碼呢？很簡單因為它不安全嘛。

想啟用C#的非安全代碼設(shè)置也很簡單，右鍵項目—屬性—生成，如下圖所示：

默認(rèn)情況下，【允許不安全代碼】是非勾選狀態(tài)；當(dāng)我們勾選上之后，編譯器就允許我們使用unsafe了。

那么，在unsafe區(qū)間如何控制非托管區(qū)域的內(nèi)存呢？

這就需要使用到指針了，下面我們講一下C#中的指針。

注意：非安全代碼并不是C#的主要功能，而是為了兼容其他使用非托管內(nèi)存的語言而存在的，所以即便你不了解也并不會影響你的技術(shù)水平，但在職場中，這塊的內(nèi)容非常容易成為菜鳥攻擊你的利器，所以學(xué)會它是職場生存的重要手段之一。

指針(Pointer)與句柄(IntPtr)

作為C#開發(fā)，我們要知道【宏】和【指針】會嚴(yán)重擾亂代碼的脈絡(luò)，在開發(fā)中一定要盡量避免使用。

比如，你定義了一個Void*的指針，那Void*到底是個什么東西啊！沒人知道，因為它什么都能指向，很明顯，這嚴(yán)重的影響了代碼的正常閱讀，因為我需要讀到Void*的時候，還有調(diào)查下它是個什么東西；但我們又不是在看論文，看到特有名詞還得查一下他的含義，這簡直太荒唐了。

但在職場中，這些我們要盡量避免使用的東西，卻是最被經(jīng)常談?wù)摰闹R點(diǎn)，因為現(xiàn)在任何大學(xué)都會教C語言，所以，不論你的同事是程序員還是非技術(shù)人員，他們都多少聽過指針。而且【不會指針就不能算好程序員】幾乎已經(jīng)是一個職場準(zhǔn)則了。

因此，盡管C#開發(fā)不用這部分內(nèi)容，也一定要了解起來，不能授人以柄不是嘛。

指針(Pointer)

指針簡單來說就是指向一塊內(nèi)存的內(nèi)存，我們可以通過指針指向的內(nèi)存地址找到變量的值，并且改變它。

在C#中，我們也是可以定義指針的，不過那需要在非安全代碼內(nèi)定義；因為指針直接從內(nèi)存中獲取地址的，也就是說，它并不是通過C#的內(nèi)存管理工具來開辟內(nèi)存的，所以，指針申請的這塊內(nèi)存并不在托管代碼的內(nèi)存區(qū)中，那么，很自然的，這塊內(nèi)存就在非托管代碼的內(nèi)存區(qū)中了。

下面我們先看這樣一段代碼，來了解一下指針：

string str = 'I am Kiba518!';
int strlen = str.Length;
IntPtr sptr = MarshalHelper.StringToIntPtr(str);
unsafe
{
    char* src = (char*)sptr.ToPointer();
    //Console.WriteLine('地址' + (&src)); //這樣寫會報錯，C#并不支持這樣取指針地址
    for (int i = 0; i <= strlen; i++)
    {
        Console.Write(src[i]);
        src[i] = '0';
    }
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine('========不安全代碼改值=========');
    for (int i = 0; i <= strlen; i++)
    {
        Console.Write(src[i]);
    }
}
Console.ReadKey();

上述代碼非常簡單，我先將字符串發(fā)送給MarshalHelper幫助類轉(zhuǎn)換成句柄（MarshalHelper中會開辟一個非托管區(qū)內(nèi)存空間，然后把托管區(qū)的字符串str的值賦值到這個非托管區(qū)內(nèi)存，再生成一個指針指向這塊內(nèi)存，最后在將這個指針轉(zhuǎn)換成IntPtr句柄，當(dāng)然描述起來很復(fù)雜其實(shí)也就一句話Marshal.StringToHGlobalAnsi(str)）然后調(diào)用轉(zhuǎn)換出來的句柄的ToPointer方法獲取到指針，接著在在非全代碼區(qū)域使用指針輸出它的內(nèi)容，再修改該它的值，最后將修改后值的指針內(nèi)容打印出來。

PS：代碼中的MarshalHelper是我封裝的一個類，用于處理類型與IntPtr的轉(zhuǎn)換，下方github中有該類代碼。

其實(shí)指針在C#中有意義的功能就只剩下內(nèi)存偏移量調(diào)整了，但實(shí)際開發(fā)中，C#項目是不需要做內(nèi)存偏移量調(diào)整這種操作的。所以，純C#項目幾乎可以說已經(jīng)棄用指針了。

句柄(IntPtr)

句柄其實(shí)是一個指針的封裝，同樣的，它也不常用，因為C#項目中指針都被棄用了，那指針的封裝—句柄自然也被棄用了。

但總有特殊的地方會用到指針，比如調(diào)用C++動態(tài)庫之類的；所以微軟貼心的為我們做了個句柄，畢竟指針用起來太難受了。

句柄是一個結(jié)構(gòu)體，簡單的來說，它是指針的一個封裝，是C#中指針的替代者，下面我們看下句柄的定義。

從圖中我們可以看到，句柄IntPtrt里包含創(chuàng)建指針，獲取指針長度，設(shè)置偏移量等等方法，并且為了編碼方便還聲明了些強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的方法。

看了句柄的結(jié)構(gòu)體定義，相信稍微有點(diǎn)基礎(chǔ)的人已經(jīng)明白了，在C#中，微軟是希望拋棄指針而改用更優(yōu)秀的句柄代替它的。

但我們還會發(fā)現(xiàn)，句柄里還提供一個方法是ToPointer()，它的返回類型是Void*，也就是說，我們還是可以從句柄里拿到C++中的指針，既然，微軟期望在C#中不要使用指針，那為什么還要提供這樣的方法呢？

這是因為，在項目開發(fā)中總是會有極特殊的情況，比如，你有一段C++寫的非常復(fù)雜、完美的函數(shù)，而將這個函數(shù)轉(zhuǎn)換成C#又及其耗時，那么最簡單省力的方法就是直接在C#里啟用指針進(jìn)行移植。

也就是說，C#支持指針，其實(shí)是為了體現(xiàn)它的兼容性，并不是提倡大家去使用指針。

內(nèi)存釋放

我先看如下代碼：

代碼中有兩個函數(shù)Int32ToIntPtr_Free和Int32ToIntPtr_NoFree，兩個函數(shù)都是將變量testint轉(zhuǎn)換成指針，然后返回該指針的地址（int類型），區(qū)別是一個調(diào)用了MarshalHelper.Free(pointerInt)進(jìn)行指針內(nèi)存釋放，一個沒有調(diào)用。

兩個函數(shù)執(zhí)行完成后，開啟線程，通過其返回的指針的地址，在重新查找指針對應(yīng)的內(nèi)容，結(jié)果如下圖：

從圖中我們可以看到，未進(jìn)行Free的IntPtr，仍然可以通過指針地址獲取到他的內(nèi)容，而已釋放的IntPtr，通過地址再獲取內(nèi)容，則已經(jīng)是其他內(nèi)容了。

PS：在C#中指針的內(nèi)存釋放需要 Marshal.FreeHGlobal(IntPtr)方法，同樣的我將其封裝到了MarshalHelper中了。

結(jié)語

在職場，我們需要防備的通常不是高手，而是菜鳥，所以我們必須要增加各種各樣的知識儲備來應(yīng)對這些奇奇怪怪的事情。

到此，C#內(nèi)存管理講解就結(jié)束了。 

代碼已經(jīng)傳到Github上了，歡迎大家下載。

Github地址：https://github.com/kiba518/MarshalHelper