进程的内存
一个exe文件，在没有运行时，其磁盘存储空间格式为函数代码段+全局变量段。加载为内存后，其进程内存模式增加为函数代码段+全局变量段+函数调用栈+堆区。我们重点讨论堆区。
托管堆与非托管堆
int a=10这种代码申请的内存空间位于函数调用栈区，
var stu=new Student();GC.Collect();
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new运算符申请的内存空间位于堆区。关键在于new关键字。在 C#中，这个关键字是向 CLR 虚拟机申请空间，因此这个内存空间位于托管堆上面，如果没有对这个对象的引用，在我们调用GC.Collect()后，或者 CLR 主动收集垃圾，申请的这段内存空间就会被 CLR 释放。这种机制简化了内存管理，我们不能直接控制内存的释放时机。不能精确指定释放哪个对象占用的空间。
我不太清楚 CLR 具体原理，但 CLR 也只是运行在操作系统上的一个程序。假设它是 C++写的，那么我们可以想象，CLR 调用 C++new关键字后向操作系统申请了一个堆区空间，然后把这个变量放在一个全局列表里面。然后记录我们运行在 CLR 上面的 C#托管程序堆这个对象的引用。当没有引用存在之后，CLR 从列表中删除这个对象，并调用delete xxx把内存释放给操作系统。
但是非托管堆呢？
在 C++中也有new关键字，比如
Student* stu=new Student();delete stu;//引发异常cout >> stu->Name >> stu->Age;
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申请的内存空间也位于堆区。但又 C++没有虚拟机，所以 C++中的 new 关键字实际上是向操作系统申请内存空间，在进程关闭后，又操作系统释放。但是 C++给了另一个关键字delete，delete stu 可以手动释放向操作系统申请的内存空间。之后访问这个结构体的字段会抛出异常。
C 语言中没有 new 关键字，但却有两个函数，malloc和free。
int* ptr = (int *)malloc(5 * sizeof(int));free(ptr);
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他们起到了和 C++中 new 关键字相同的作用。也是向操作系统申请一块在堆区的内存空间。
C#通过 new 关键字向 CLR 申请的内存空间位于托管堆。C++通过 new 关键字向操作系统申请的内存空间位于非托管堆。C 语言通过 malloc 和 free 向操作系统申请的内存空间也位于非托管堆。C#的 new 关键字更像是对 C++的 new 关键字的封装。
C#如何申请位于非托管堆的内存空间
C#本身的 new 运算符申请的是托管堆的内存空间，要申请非托管堆内存空间，目前我知道的只有通过调用 C++的动态链接库实现。在.net8 以前，使用DllImport特性在函数声明上面。在.net8，使用LibraryImport特性在函数声明上面
C++部分
新建一个 C++动态链接库项目
然后添加.h 头文件和.cpp 源文件
//Student.h
#pragma once#include <string>using namespace std;
extern struct Student{ wchar_t* Name;// 使用 char* 替代 std::string 以保证与C#兼容 int Age;};
//__declspec(xxx)是MSC编译器支持的关键字，dllexport表示导出后面的函数/// <summary>/// 创建学生/// </summary>/// <param name="name">姓名</param>/// <returns>学生内存地址</returns>extern "C" __declspec(dllexport) Student* CreateStudent(const wchar_t* name);
/// <summary>/// 释放堆上的内存/// </summary>/// <param name="student">学生地址</param>extern "C" __declspec(dllexport) void FreeStudent(Student* student);
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//Student.cpp
//pch.h在项目属性中指定，pch.cpp必需#include "pch.h"
#include "Student.h"#include <cstring>
Student* CreateStudent(const wchar_t* name){ //new申请堆空间 Student* student = new Student; student->Age = 10; //new申请名字所需要的堆空间 //wcslen应对unicode,ansi的话,使用strlen和char就够了 student->Name = new wchar_t[wcslen(name) + 1]; //内存赋值 wcscpy_s(student->Name, wcslen(name) + 1, name); return student;}
void FreeStudent(Student* student){ // 假设使用 new 分配 delete[] student->Name;//释放数组形式的堆内存 delete student; }
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生成项目后，在解决方案下的 x64\Debug 中可以找到 DLL
C#部分
由于 C++动态链接库不符合 C#动态链接库的规范。所以没法在 C#项目的依赖中直接添加对类库的引用。只需要把 DLL 放在项目根目录下，把文件复制方式改为总是复制,然后代码中导入。
[DllImport("Student.dll", //指定DLLCharSet=CharSet.Unicode//指定字符串编码)]public static extern IntPtr CreateStudent(string name);
[DllImport("Student.dll")]private static extern IntPtr FreeStudent(IntPtr stu); public static void Main(){ string studentName = "John"; //用IntPtr接收C++申请空间的起始地址 IntPtr studentPtr = CreateStudent(studentName);
// 在C#中操作Student结构体需要进行手动的内存管理，如下 // 从地址所在内存构建C#对象或结构体，类似于指针的解引用 Student student = Marshal.PtrToStructure<Student>(studentPtr);
// 访问学生信息 //Marshal.PtrToStringUni(student.Name)将一段内存解释为unicode字符串，直到遇见结束符'\0' Console.WriteLine($"Student Name: {Marshal.PtrToStringUni(student.Name)}, Age: {student.Age}");
// 记得释放分配的内存 FreeStudent(studentPtr);}
// 定义C++的Student结构体[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]public struct Student{ // IntPtr对应C++中的 char* public IntPtr Name; public int Age;}
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调用结果如下
非托管类释放非托管内存空间
如果我们把 C++代码的调用封装成类，那么可以实现IDisposable接口。在Dispose方法中释放资源，然后使用 using 语句块来确保 Dispose 方法被调用。这样使得内存泄漏可能性降低。
继承 IDisposable 接口后按下alt+enter，选择通过释放模式实现接口可以快速生成代码
/// <summary>/// 非托管类/// </summary>public class Student:IDisposable{ // 定义C++的Student结构体 [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] private struct _Student { public IntPtr Name; public int Age; }
// IntPtr对应C++中的 char* //需要在Dispose中手动释放 private IntPtr _this; private IntPtr name;
public string Name => Marshal.PtrToStringUni(name); public int Age;
private bool disposedValue;
public Student(string name) { _this=CreateStudent(name); _Student layout = Marshal.PtrToStructure<_Student>(_this); //记住要释放的内存起始地址 this.Age = layout.Age; this.name = layout.Name; }
[DllImport("Student.dll", CharSet = CharSet.Unicode)] private static extern IntPtr CreateStudent(string name);
[DllImport("Student.dll")] private static extern IntPtr FreeStudent(IntPtr stu);
protected virtual void Dispose(bool disposing) { if (!disposedValue) { if (disposing) { // TODO: 释放托管状态(托管对象) }
// TODO: 释放未托管的资源(未托管的对象)并重写终结器 if (_this != IntPtr.Zero) { FreeStudent(_this); //设置为不可访问 _this = IntPtr.Zero; name = IntPtr.Zero; } // TODO: 将大型字段设置为 null disposedValue = true; } }
// // TODO: 仅当“Dispose(bool disposing)”拥有用于释放未托管资源的代码时才替代终结器 // ~Student() // { // // 不要更改此代码。请将清理代码放入“Dispose(bool disposing)”方法中 // Dispose(disposing: false); // }
public void Dispose() { // 不要更改此代码。请将清理代码放入“Dispose(bool disposing)”方法中 Dispose(disposing: true); GC.SuppressFinalize(this); }}
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然后在 Main 中创建对象
string studentName = "John";using (Student stu=new Student(studentName)){ Console.WriteLine($"Student Name: {stu.Name}, Age: {stu.Age}");}return;
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结果
代码确实执行到了这里。
事实上可以在 FreeStudent(_this);之后加一句代码 Console.WriteLine(Name);，你将会看到原本的正常属性变成了乱码
其实代码有点重复。如果我把_Student layout = Marshal.PtrToStructure<_Student>(_this);中的layout定义为Student的私有成员，那么 Student 中的那两个私有指针就不需要了，完全可以从 layout 中取得。
文章转载自：ggtc
原文链接：https://www.cnblogs.com/ggtc/p/18333486
体验地址：http://www.jnpfsoft.com/?from=infoq
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