追了多年的開發框架，你還認識指標嗎？
阿新 • • 發佈：2020-05-16
## 一：背景
### 1. 講故事
高階語言玩多了，可能很多人對指標或者彙編都淡忘了，本篇就和大家聊一聊指標，雖然C#中是不提倡使用的，但你能說指標在C#中不重要嗎？你要知道FCL內庫中大量的使用指標，如`String,Encoding,FileStream`等等數不勝數，如例程式碼：
``` C#
private unsafe static bool EqualsHelper(string strA, string strB)
{
fixed (char* ptr = &strA.m_firstChar)
{
fixed (char* ptr3 = &strB.m_firstChar)
{
char* ptr2 = ptr;
char* ptr4 = ptr3;
while (num >= 12) {...}
while (num > 0 && *(int*)ptr2 == *(int*)ptr4) {...}
}
}
}
public unsafe Mutex(bool initiallyOwned, string name, out bool createdNew, MutexSecurity mutexSecurity)
{
byte* ptr = stackalloc byte[(int)checked(unchecked((ulong)(uint)securityDescriptorBinaryForm.Length))]
}
private unsafe int ReadFileNative(SafeFileHandle handle, byte[] bytes, out int hr)
{
fixed (byte* ptr = bytes)
{
num = ((!_isAsync) ? Win32Native.ReadFile(handle, ptr + offset, count, out numBytesRead, IntPtr.Zero) : Win32Native.ReadFile(handle, ptr + offset, count, IntPtr.Zero, overlapped));
}
}
```
對，你覺得的美好世界，其實都是別人幫你負重前行，退一步說，指標的理解和不理解，對你研究底層原始碼影響是不能忽視的，指標相對比較抽象，考的是你的空間想象能力，可能現存的不少程式設計師還是不太明白，因為你缺乏所見即所得的工具，希望這一篇能幫你少走些彎路。
## 二：windbg助你理解
指標雖然比較抽象，但如果用windbg實時檢視記憶體佈局，就很容易幫你理解指標的套路，下面先理解下指標的一些簡單概念。
### 1. &、* 運算子
`&`取址運算子，用於獲取某一個變數的記憶體地址, `*`運算子，用於獲取指標變數中儲存地址指向的值，很抽象吧，看windbg。
``` C#
unsafe
{
int num = 10;
int* ptr = #
var num2 = *ptr;
Console.WriteLine(num2);
}
0:000> !clrstack -l
OS Thread Id: 0x41ec (0)
Child SP IP Call Site
0000005b1efff040 00007ffc766208e2 *** WARNING: Unable to verify checksum for ConsoleApp4.exe
ConsoleApp4.Program.Main(System.String[]) [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp4\Program.cs @ 25]
LOCALS:
0x0000005b1efff084 = 0x000000000000000a
0x0000005b1efff078 = 0x0000005b1efff084
0x0000005b1efff074 = 0x000000000000000a
```
仔細觀察 `LOCALS` 中三組鍵值對。
##### <1> `int* ptr = # => 0x0000005b1efff078 = 0x0000005b1efff084`
`int* ptr`叫做指標變數，既然是變數必須得有自己的棧上地址 `0x0000005b1efff078` ，而這個地址上的值為 `0x0000005b1efff084`，這不就是num的棧地址嘛，嘿嘿。
#### <2> `var num2 = *ptr; => 0x0000005b1efff074 = 0x000000000000000a`
`*ptr` 就是用ptr的value `[0x0000005b1efff084]` 獲取這個地址指向的值，所以就是10啦。
如果不明白，我畫一張圖，這可是重中之重哦~
### 2. **運算子
`**` 也叫二級指標，指向一級指標變數地址的指標，有點意思，如下程式：`ptr2`指向的就是 `ptr`的棧上地址， 一圖勝千言。
``` C#
unsafe
{
int num1 = 10;
int* ptr = &num1;
int** ptr2 = &ptr;
var num2 = **ptr2;
}
0:000> !clrstack -l
ConsoleApp4.Program.Main(System.String[]) [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp4\Program.cs @ 26]
LOCALS:
0x000000305f5fef24 = 0x000000000000000a
0x000000305f5fef18 = 0x000000305f5fef24
0x000000305f5fef10 = 0x000000305f5fef18
0x000000305f5fef0c = 0x000000000000000a
```
### 3. ++、--運算子
這種算術操作常常用在陣列或者字串等值型別集合，比如下面程式碼：
``` C#
fixed (int* ptr = new int[3] { 1, 2, 3 }) { }
fixed (char* ptr2 = "abcd") { }
```
首先`ptr`預設指向陣列在堆上分配的首地址，也就是1的記憶體地址，當`ptr++`後會進入到下一個整形元素2的記憶體地址，再++後又進入下一個int的記憶體地址，也就是3，很簡單吧，我舉一個例子：
``` C#
unsafe
{
fixed (int* ptr = new int[3] { 1, 2, 3 })
{
int* cptr = ptr;
Console.WriteLine(((long)cptr++).ToString("x16"));
Console.WriteLine(((long)cptr++).ToString("x16"));
Console.WriteLine(((long)cptr++).ToString("x16"));
}
}
0:000> !clrstack -l
LOCALS:
0x00000070c15fea50 = 0x000001bcaac82da0
0x00000070c15fea48 = 0x0000000000000000
0x00000070c15fea40 = 0x000001bcaac82dac
0x00000070c15fea38 = 0x000001bcaac82da8
```
一圖勝千言哈，Console中的三個記憶體地址分別存的值是`1,2,3`哈， 不過這裡要注意的是，C#是託管語言，引用型別是分配在託管堆中，所以堆上地址會存在變動的可能性，這是因為GC會定期回收記憶體，所以vs編譯器需要你用fixed把堆上記憶體地址固定住來逃過GC的打壓，在本例中就是 `0x000001bcaac82da0 - (0x000001bcaac82da8 +4)`。
## 三：用兩個案例幫你理解
古語說的好，一言不中，千言無用，你得拿一些例子活講活用，好吧，準備兩個例子。
### 1. 使用指標對string中的字元進行替換
我們都知道string中有一個replace方法，用於將指定的字元替換成你想要的字元，可是C#中的string是不可變的，你就是對它吐口痰它都會生成一個新字串，