C# 内存管理—职场生存的必修课

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C# 内存管理—职场生存的必修课

2019 年 6 月 15 日 DotNet

（给DotNet加星标，提升.Net技能）

转自：kiba518

cnblogs.com/kiba/p/10971744.html

前言

在职场中，确立自身的技术水平很重要，因为，如果你被标记成了技术菜鸟，那么你的工作一旦做快了，大家就会一致的认为这个任务比较简单；如果你未如期完成，则会被各种明嘲暗讽，你不但无法获得合理的表扬，还会无端被迫接受攻击。

但是，如果你被标记成了技术高手，那么你就算任务延期也会被理解，因为，他们会认为你当前的任务太难了。而且，即便你有些性格缺陷，大家也是会接受你，他们会认为这是你的特点。

所以，进入新的工作岗位，第一件事是确立自身的技术水平，这会让你省却很多不必要的麻烦，会让你在公司工作时，保持比较良好的状态，进而延长你在公司任职的时间。

那么这些与内存有什么关系呢？因为就是会有些人，会以你不了解【他们的】内存来攻击你的技术水平。因为在职场生存，除了不停的提升自己以外，还是要关注周围同事对你的看法，如果有人以一些你不了解的技术问题来否定你的技术水平，这就会很影响你在其他同事心中的形象，从而影响你在职场中建立的技术水平的等级，这会让你在未来的职场生涯中遇到更多的麻烦。

虽然，害人之心不可有，但是防人之心不可无，所以，我们需要了解【他们的】内存，来保护自己，在被攻击时，做更好的应对，甚至反击。

托管内存与非托管内存

托管内存

C#语言开发的程序所使用的内存，我们称之为托管内存。那么什么是托管内存呢？我们可以先理解为，C#专用内存；即当C#的程序运行起来，会向电脑内存申请一块专用的内存区，而这块内存区，就叫做托管内存。

在C#语言开发的程序中，我们所声明的变量，不论是常量，还变量，都在这块内存中。即，我们声明一个int k或是声明一个对象 new Class，他们都是在这块内存中的。

而这块内存（托管内存），它很特别，它自身是带管理功能的，即，它自己会判断，你声明的内存还用不用，不用他就给回收了。

既然是管理，那就肯定有个管理工具，那么，托管内存的管理工具是什么呢？

GC——控制系统垃圾回收器，这个就是托管内存的管理工具了，他是专门管理内存回收的，这里就不过多的讲解GC了，有兴趣的朋友可以参考下面的网址。

参考网址：

GC——控制系统垃圾回收器

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.gc?redirectedfrom=MSDN&view=netframework-4.8

弱引用 WeakReference

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.weakreference?redirectedfrom=MSDN&view=netframework-4.7.2

非托管内存

既然，C#语言开发的程序所使用的内存，都叫托管内存，那么非托管内存自然就是C#程序不使用的内存了。

那么，C#程序不使用的内存，有什么用呢？我们为什么要学习呢？

因为，很多语言并不像C#这么优秀，有专门的内存管理机制，比如C++；所以，他们的变量和常量都是存储在非托管内存区的（对于很多语言而言，并没有托管内存和非托管内存之分，他们就一个内存，在内存中找个地址，然后存储数据）。

所以，当我们在做项目遇到要和其他语言进行交互时，就要接触非托管内存了，因为很多时候，我们需要从非托管内存中获取一些的变量，或者向非托管内存中写入一些数据供其他语言调用。

因此，从理论上来讲，C#语言对内存的管理是最复杂的，远大于C++，因为它不仅自己开辟了一块内存专区，同时又兼顾着控制专区外的内存。

下图为托管内存与非托管内存的关系。

安全代码与非安全代码

安全代码

C#的安全代码就是C#日常写的代码，其特点就是代码中声明的变量都在托管内存；而之所以叫安全代码，则是因为内存全部托管给了内存管理器，不存在内存泄漏的问题（当然，这是理论上，实际情况某些微软的控件还是存在内存泄漏的问题，相信一定有人遇到过，不过99%的情况下是没问题的）。

非安全代码

非安全代码显然是与安全代码相对的，即非安全代码的变量所使用的内存都在非托管内存区。

因为常规状态下我们写的代码都是安全代码，所以想写非安全代码一定要加个特殊标记，那就是unsafe。

unsafe
{
}

如上述代码，在unsafe的区域内，我们就可以编写非安全代码。

但C#项目在默认的情况下是不支持非安全代码的，即当我们尝试些unsafe时，编译器会报错。为什么不默认不允许我们使用非安全代码呢？很简单因为它不安全嘛。

想启用C#的非安全代码设置也很简单，右键项目—属性—生成，如下图所示：

默认情况下，【允许不安全代码】是非勾选状态；当我们勾选上之后，编译器就允许我们使用unsafe了。

那么，在unsafe区间如何控制非托管区域的内存呢？

这就需要使用到指针了，下面我们讲一下C#中的指针。

注意：非安全代码并不是C#的主要功能，而是为了兼容其他使用非托管内存的语言而存在的，所以即便你不了解也并不会影响你的技术水平，但在职场中，这块的内容非常容易成为菜鸟攻击你的利器，所以学会它是职场生存的重要手段之一。

指针(Pointer)与句柄(IntPtr)

作为C#开发，我们要知道【宏】和【指针】会严重扰乱代码的脉络，在开发中一定要尽量避免使用。

比如，你定义了一个Void*的指针，那Void*到底是个什么东西啊！没人知道，因为它什么都能指向，很明显，这严重的影响了代码的正常阅读，因为我需要读到Void*的时候，还有调查下它是个什么东西；但我们又不是在看论文，看到特有名词还得查一下他的含义，这简直太荒唐了。

但在职场中，这些我们要尽量避免使用的东西，却是最被经常谈论的知识点，因为现在任何大学都会教C语言，所以，不论你的同事是程序员还是非技术人员，他们都多少听过指针。而且【不会指针就不能算好程序员】几乎已经是一个职场准则了。

因此，尽管C#开发不用这部分内容，也一定要了解起来，不能授人以柄不是嘛。

指针(Pointer)

指针简单来说就是指向一块内存的内存，我们可以通过指针指向的内存地址找到变量的值，并且改变它。

在C#中，我们也是可以定义指针的，不过那需要在非安全代码内定义；因为指针直接从内存中获取地址的，也就是说，它并不是通过C#的内存管理工具来开辟内存的，所以，指针申请的这块内存并不在托管代码的内存区中，那么，很自然的，这块内存就在非托管代码的内存区中了。

下面我们先看这样一段代码，来了解一下指针：

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)); //这样写会报错，C#并不支持这样取指针地址
    for (int i = 0; i <= strlen; i++)
    {
        Console.Write(src[i]);
        src[i] = '0';
    }
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine("========不安全代码改值=========");
    for (int i = 0; i <= strlen; i++)
    {
        Console.Write(src[i]);
    }
}
Console.ReadKey();

上述代码非常简单，我先将字符串发送给MarshalHelper帮助类转换成句柄（MarshalHelper中会开辟一个非托管区内存空间，然后把托管区的字符串str的值赋值到这个非托管区内存，再生成一个指针指向这块内存，最后在将这个指针转换成IntPtr句柄，当然描述起来很复杂其实也就一句话Marshal.StringToHGlobalAnsi(str)）然后调用转换出来的句柄的ToPointer方法获取到指针，接着在在非全代码区域使用指针输出它的内容，再修改该它的值，最后将修改后值的指针内容打印出来。

PS：代码中的MarshalHelper是我封装的一个类，用于处理类型与IntPtr的转换，下方github中有该类代码。

其实指针在C#中有意义的功能就只剩下内存偏移量调整了，但实际开发中，C#项目是不需要做内存偏移量调整这种操作的。所以，纯C#项目几乎可以说已经弃用指针了。

句柄(IntPtr)

句柄其实是一个指针的封装，同样的，它也不常用，因为C#项目中指针都被弃用了，那指针的封装—句柄自然也被弃用了。

但总有特殊的地方会用到指针，比如调用C++动态库之类的；所以微软贴心的为我们做了个句柄，毕竟指针用起来太难受了。

句柄是一个结构体，简单的来说，它是指针的一个封装，是C#中指针的替代者，下面我们看下句柄的定义。

从图中我们可以看到，句柄IntPtrt里包含创建指针，获取指针长度，设置偏移量等等方法，并且为了编码方便还声明了些强制转换的方法。

看了句柄的结构体定义，相信稍微有点基础的人已经明白了，在C#中，微软是希望抛弃指针而改用更优秀的句柄代替它的。

但我们还会发现，句柄里还提供一个方法是ToPointer()，它的返回类型是Void*，也就是说，我们还是可以从句柄里拿到C++中的指针，既然，微软期望在C#中不要使用指针，那为什么还要提供这样的方法呢？

这是因为，在项目开发中总是会有极特殊的情况，比如，你有一段C++写的非常复杂、完美的函数，而将这个函数转换成C#又及其耗时，那么最简单省力的方法就是直接在C#里启用指针进行移植。

也就是说，C#支持指针，其实是为了体现它的兼容性，并不是提倡大家去使用指针。

内存释放

我先看如下代码：

static void Main(string[] args)
{
    int retNoFree = Int32ToIntPtr_NoFree();
    IntPtr retNoFreeIP = new IntPtr(retNoFree);
    int retFree = Int32ToIntPtr_Free();
    IntPtr retFreeIP = new IntPtr(retFree);
    new Task(() =>
    {
        int afterNoFree = MarshalHelper.IntPtrToInt32(retNoFreeIP);
        Console.WriteLine("Int32ToIntPtr_NoFree-未释放Intptr的线程取值" + afterNoFree);
        int afterFree = MarshalHelper.IntPtrToInt32(retFreeIP);
        Console.WriteLine("Int32ToIntPtr_Free-已释放Intptr的线程取值" + afterFree);
    }).Start();
    Console.ReadKey();
}
static int Int32ToIntPtr_Free()
{
    IntPtr pointerInt = new IntPtr();
    int testint = 518;
    pointerInt = MarshalHelper.Int32ToIntPtr(testint);
    int testintT = MarshalHelper.IntPtrToInt32(pointerInt);
    Console.WriteLine("Int32ToIntPtr_Free-取IntPtr的值" + testintT);
    MarshalHelper.Free(pointerInt);
    int testintT2 = (int)pointerInt;
    return testintT2;
}
static int Int32ToIntPtr_NoFree()
{
    IntPtr pointerInt = new IntPtr();
    int testint = 518;
    pointerInt = MarshalHelper.Int32ToIntPtr(testint);
    int testintT = MarshalHelper.IntPtrToInt32(pointerInt);
    Console.WriteLine("Int32ToIntPtr_NoFree-取IntPtr的值" + testintT);
    int testintT2 = (int)pointerInt;
    return testintT2;
}