ICode9

精准搜索请尝试: 精确搜索
首页 > 编程语言> 文章详细

NET高性能编程 - C#如何安全

2022-11-14 14:40:32  阅读:429  来源: 互联网

标签:NET 编程 安全 c++ 程序员 指针 代码 数据 文章 


前言

作为.net程序员,使用过指针,写过不安全代码吗?

为什么要使用指针,什么时候需要使用它,以及如何安全、高效地使用它?

如果能很好地回答这几个问题,那么就能很好地理解今天了主题了。C#构建了一个托管世界,在这个世界里,只要不写不安全代码,不操作指针,那么就能获得.Net至关重要的安全保障,即什么都不用担心;那如果我们需要操作的数据不在托管内存中,而是来自于非托管内存,比如位于本机内存或者堆栈上,该如何编写代码支持来自任意区域的内存呢?这个时候就需要写不安全代码,使用指针了;而如何安全、高效地操作任何类型的内存,一直都是C#的痛点,今天我们就来谈谈这个话题,讲清楚 What、How 和 Why ,让你知其然,更知其所以然,以后有人问你这个问题,就让他看这篇文章吧,呵呵。

what - 痛点是什么?

回答这个问题前,先总结一下如何用C#操作任何类型的内存:

  1. 托管内存(managed memory )

    var mangedMemory = new Student();
    

    很熟悉吧,只需使用new操作符就分配了一块托管内存,而且还不用手工释放它,因为它是由垃圾收集器(GC)管理的,GC会智能地决定何时释放它,这就是所谓的托管内存。默认情况下,GC通过复制内存的方式分代管理小对象(size < 85000 bytes),而专门为大对象(size >= 85000 bytes)开辟大对象堆(LOH),管理大对象时,并不会复制它,而是将其放入一个列表,提供较慢的分配和释放,而且很容易产生内存碎片。

  2. 栈内存(stack memory )

    unsafe{
        var stackMemory = stackalloc byte[100];
    }
    

    很简单,使用stackalloc关键字非常快速地就分配好了一块内存,也不用手工释放,它会随着当前作用域而释放,比如方法执行结束时,就自动释放了。栈内存的容量非常小( ARM、x86 和 x64 计算机,默认堆栈大小为 1 MB),当你使用栈内存的容量大于1M时,就会报StackOverflowException 异常 ,这通常是致命的,不能被处理,而且会立即干掉整个应用程序,所以栈内存一般用于需要小内存,但是又不得不快速执行的大量短操作,比如微软使用栈内存来快速地记录ETW事件日志。

  3. 本机内存(native memory )

    IntPtr nativeMemory0 = default(IntPtr), nativeMemory1 = default(IntPtr);
    try
    {
        unsafe
        {
            nativeMemory0 = Marshal.AllocHGlobal(256);
            nativeMemory1 = Marshal.AllocCoTaskMem(256);
        }
    }
    finally
    {
        Marshal.FreeHGlobal(nativeMemory0);
        Marshal.FreeCoTaskMem(nativeMemory1);
    }
    

    通过调用方法Marshal.AllocHGlobalMarshal.AllocCoTaskMem来分配非托管内存,非托管就是垃圾回收器(GC)不可见的意思,并且还需要手工调用方法Marshal.FreeHGlobal or Marshal.FreeCoTaskMem 释放它,千万不能忘记,不然就内存泄漏了。

抛砖引玉 - 痛点

首先我们设计一个解析完整或部分字符串为整数的API,如下

public interface IntParser
{
    // allows us to parse the whole string.
    int Parse(string managedMemory);

    // allows us to parse part of the string.
    int Parse(string managedMemory, int startIndex, int length);

    // allows us to parse characters stored on the unmanaged heap / stack.
    unsafe int Parse(char* pointerToUnmanagedMemory, int length);

    // allows us to parse part of the characters stored on the unmanaged heap / stack.
    unsafe int Parse(char* pointerToUnmanagedMemory, int startIndex, int length); 
}

从上面可以看到,为了支持解析来自任何内存区域的字符串,一共写了4个重载方法。

接下来在来设计一个支持复制任何内存块的API,如下

public interface MemoryblockCopier
{
    void Copy<T>(T[] source, T[] destination);
    void Copy<T>(T[] source, int sourceStartIndex, T[] destination, int destinationStartIndex, int elementsCount);
    unsafe void Copy<T>(void* source, void* destination, int elementsCount);
    unsafe void Copy<T>(void* source, int sourceStartIndex, void* destination, int destinationStartIndex, int elementsCount);
    unsafe void Copy<T>(void* source, int sourceLength, T[] destination);
    unsafe void Copy<T>(void* source, int sourceStartIndex, T[] destination, int destinationStartIndex, int elementsCount);
}

脑袋蒙圈没,以前C#操纵各种内存就是这么复杂、麻烦。通过上面的总结如何用C#操作任何类型的内存,相信大多数同学都能够很好地理解这两个类的设计,但我心里是没底的,因为使用了不安全代码和指针,这些操作是危险的、不可控的,根本无法获得.net至关重要的安全保障,并且可能还会有难以预估的问题,比如堆栈溢出、内存碎片、栈撕裂等等,微软的工程师们早就意识到了这个痛点,所以span诞生了,它就是这个痛点的解决方案

标签:NET,编程,安全,c++,程序员,指针,代码,数据,文章,
来源:

本站声明: 1. iCode9 技术分享网(下文简称本站)提供的所有内容,仅供技术学习、探讨和分享;
2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用,纯属内容发起人的个人观点,与本站观点和立场无关;
3. 关于本站的所有言论和文字,纯属内容发起人的个人观点,与本站观点和立场无关;
4. 本站文章均是网友提供,不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属;如您发现该文章侵犯了您的权益,可联系我们第一时间进行删除;
5. 本站为非盈利性的个人网站,所有内容不会用来进行牟利,也不会利用任何形式的广告来间接获益,纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。

专注分享技术,共同学习,共同进步。侵权联系[81616952@qq.com]

Copyright (C)ICode9.com, All Rights Reserved.

ICode9版权所有