C#向开发人员隐藏了大部分基本内存管理操作，因为它使用了垃圾回收器和引用。但是，有时候我们也需要直接访问内存，例如：进行平台调用，性能优化等等。
.Net平台定义了两种主要数据类型：值类型和引用类型，其实还有第三种数据类型：指针类型。使用指针，可以绕开CLR的内存管理机制。（说明：在C#中使用指针，需要有相关C/C++指针操作基础）
1、C#中指针相关的操作符和关键字
| 操作符/关键字 | 作用 |
| * | 该操作符用于创建一个指针变量，和在C/C++中一样。也可用于指针间接寻址（解除引用） |
| & | 该操作符用于获取内存中变量的地址 |
| -> | 该操作符用于访问一个由指针表示的类型的字段，和在C++中一样 |
| [] | 在不安全的上下文中，[]操作符允许我们索引由指针变量指向的位置 |
| ++,-- | 在不安全的上下文中，递增和递减操作符可用于指针类型 |
| +,- | 在不安全的上下文中，加减操作符可用于指针类型 |
| ==, !=, <, >, <=, >= | 在不安全的上下文中，比较和相等操作符可用于指针类型 |
| stackalloc | 在不安全的上下文中，stackalloc关键字可用于直接在栈上分配C#数组，类似CRT中的_alloca函数 |
| fixed | 在不安全的上下文中，fixed关键字可用于临时固定一个变量以使它的地址可被找到 |
2、在C#中使用指针，需要启用“允许不安全代码”设置
选择项目属性->生成，钩上“允许不安全代码”
3、unsafe关键字
只有在unsafe所包含的代码区块中，才能使用指针。类似lock关键字的语法结构
除了声明代码块为不安全代码外，也可以直接构建“不安全的”结构、类型成员和函数。
1 unsafe struct Point
2 {
3 public int x;
4 public int y;
5 public Point* next;
6 public Point* previous;
7 }
1 unsafe static void CalcPoint(Point* point)
2 {
3 //
4 }
也可以在导入非托管 DLL 的函数声明中使用unsafe
1 [DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
2 private static extern unsafe int memcpy(void* dest, void* src, int count);
注意：
指针不能指向引用或包含引用的结构，因为无法对对象引用进行垃圾回收，即使有指针指向它也是如此。 垃圾回收器并不跟踪是否有任何类型的指针指向对象。
下面的示例代码可以说明：
/// <summary>/// 声明一个Point结构体/// </summary>struct Point{public int x;public int y; }static void Main(string[] args){unsafe{//编译正常Point p = new Point();Point* pp = &p;}}
1 //换成类
2 class Point
3 {
4 public int x;
5 public int y;
6 }
4、*和&操作符
在不安全的上下文中，可以使用 * 操作符构建数据类型相对应的指针类型(指针类型、值类型和引用类型，示例代码中的type)，使用 & 操作符获取被指向的内存地址。
1 type* identifier; 2 void* identifier; //允许但不推荐
在同一个声明中声明多个指针时，星号 (*) 仅与基础类型一起写入；而不是用作每个指针名称的前缀。 例如：
1 int* p1, p2, p3; // 正常 2 int *p1, *p2, *p3; // 错误
下面是使用*操作符进行指针类型声明
int* p | p 是指向整数的指针。 |
int** p | p 是指向整数的指针的指针。 |
int*[] p | p 是指向整数的指针的一维数组。 |
char* p | p 是指向字符的指针。 |
void* p | p 是指向未知类型的指针。 |
注意：
1、无法对 void* 类型的指针应用间接寻址运算符。 但是，你可以使用强制转换将 void 指针转换为任何其他指针类型，反过来也是可以的。
2、指针类型不从object类继承，并且指针类型与 object 之间不存在转换。 此外，装箱和取消装箱不支持指针。
下面的代码演示了如何声明指针类型：
1 static void Main(string[] args)2 {3 int []a = { 1, 2, 3, 4, 4 };4 5 unsafe6 {7 //临时固定一个变量以使它的地址可被找到8 fixed (int* p = &a[0])9 {
10 int* p2 = p;
11 Console.WriteLine(*p2);
12 p2++;
13 Console.WriteLine(*p2);
14 p2++;
15 Console.WriteLine(*p2);
16 }
17 }
18
19 }
输出结果如下：
1
2
3
下面的代码演示了如何使用指针类型进行数据交换：
1 static void Main(string[] args)2 {3 int a = 1;4 int b = 2;5 6 unsafe7 {8 UnsafeSwap(&a, &b);9 }
10
11 Console.WriteLine(a);
12 Console.WriteLine(b);
13 }
14
15 /// <summary>
16 /// 使用指针
17 /// </summary>
18 /// <param name="a"></param>
19 /// <param name="b"></param>
20 static unsafe void UnsafeSwap(int* a,int *b)
21 {
22 int temp = *a;
23 *a = *b;
24 *b = temp;
25 }
26
27 /// <summary>
28 /// 不使用指针的安全版本
29 /// </summary>
30 /// <param name="a"></param>
31 /// <param name="b"></param>
32 static void SafeSwap(ref int a,ref int b)
33 {
34 int temp = a;
35 a = b;
36 b = temp;
37 }
输出结果如下：
2
1
5、通过指针访问字段
定义如下结构体
1 struct Point2 {3 public int x;4 public int y;5 6 public override string ToString()7 {8 return $"x:{x},y:{y}";9 }
10 }
如果声明一个Point类型的指针，就需要使用指针字段访问操作符(->)来访问公共成员（和C++一样），也可以使用指针间接寻址操作符(*)来解除指针的引用，使其也可以使用 (.)操作符访问字段（和C++一样）。
1 static unsafe void Main(string[] args)2 {3 //通过指针访问成员4 Point point = new Point();5 Point* p = &point;6 p->x = 10;7 p->y = 5;8 Console.WriteLine(p->ToString());9
10 //通过指针间接寻址访问成员
11 Point point2; //不使用 new 运算符的情况下对其进行实例化,需要在首次使用实例之前必须初始化所有实例字段。
12 Point* p2 = &point2;
13 (*p2).x = 128;
14 (*p2).y = 256;
15 Console.WriteLine((*p2).ToString());
16 }
运行结果如下：
x:10,y:5
x:128,y:256
6、stackalloc关键字
在不安全上下文中，可能需要声明一个直接从调用栈分配内存的本地变量（不受.Net垃圾回收器控制）。C#提供了与CRT函数_alloca等效的stackalloc关键字来满足这个需求。
1 static unsafe void Main(string[] args)2 {3 char* p = stackalloc char[3];4 5 for (int i = 0; i < 3; i++)6 {7 p[i] = (char)(i+65); //A-C8 }9
10 Console.WriteLine(*p);
11 Console.WriteLine(p[0]);
12
13 Console.WriteLine(*(++p));
14 Console.WriteLine(p[0]);
15
16 Console.WriteLine(*(++p));
17 Console.WriteLine(p[0]);
18 }
输出结果如下：
A
A
B
B
C
C
7、fixed关键字
在上面的示例中，我们可以看到，通过stackalloc关键字，在不安全上下文中分配一大块内存非常方便。但这块内存是在栈上的，当分配方法返回的时候，被分配的内存立即被清理。
假设有如下情况：
声明一个引用类型PointRef和一个值类型Point
1 class PointRef2 {3 public int x;4 public int y;5 6 public override string ToString()7 {8 return $"x:{x},y:{y}";9 }
10 }
11
12 struct Point
13 {
14 public int x;
15 public int y;
16
17 public override string ToString()
18 {
19 return $"x:{x},y:{y}";
20 }
21 }
调用者声明了一个PointRef类型的变量，内存将被分配在垃圾回收器堆上。如果一个不安全的上下文要与这个对象（或这个堆上的任何对象）交互，就可能会出现问题，因为垃圾回收可随时发生。设想一下，恰好在清理堆的时候访问Point成员，这就很
。
为了将不安全上下文中的引用类型变量固定，C#提供了fixed关键字，fixed语句设置指向托管类型的指针并在代码执行过程中固定该变量。换句说话：fixed关键字可以锁定内存中的引用变量。这样在语句的执行过程中，该变量地址保持不变。
事实上，也只有使用fixed关键字，C#编译器才允许指针指向托管变量。
1 static unsafe void Main(string[] args)2 {3 PointRef pointRef = new PointRef();4 Point point = new Point();5 6 int a = &pointRef.x; //编译不通过7 8 int *b = &point.x; //编译通过9
10 fixed(int *c = &pointRef.x)
11 {
12 //编译通过
13 }
14 }
说明：
在fixed中初始化多个变量也是可以的
1 //同时声明多个指针变量的语法跟C++中的不一样，需要注意
2 fixed(int *e = &(pointRef.x) , f = &(pointRef.y) )
3 {
4
5 }
8、sizeof关键字
在不安全上下文中，sizeof关键字用于获取值类型（不是引用类型）的字节大小。sizeof可计算任何由System.ValueType派生实体的字节数。
1 static void Main(string[] args)2 {3 unsafe4 {5 //不安全版本6 Console.WriteLine(sizeof(int));7 Console.WriteLine(sizeof(float));8 Console.WriteLine(sizeof(Point));9 }
10
11 //安全版本
12 Console.WriteLine(Marshal.SizeOf(typeof(int)));
13 Console.WriteLine(Marshal.SizeOf(typeof(float)));
14 Console.WriteLine(Marshal.SizeOf(typeof(Point)));
15
16 }
9、避免使用指针
事实上在C#中，指针并不是新东西。因为在代码中可以自由使用引用 ，而引用就是一个类型安全的指针。指针只是一个存储地址的变量，这和引用其实是一个原理。引用的主要作用是使C#更易于使用，防止用户无意中执行某些破坏内存中内容的操作。
使用指针后，可以进行低级的内存访问，但这是有代价的，使用指针的语法比引用类型的语法复杂得多，而且指针使用起来也比较困难，需要较高的编程技巧和强力。如果不仔细，就容易在程序中引入细微的，难以查找的错误。另外，如果使用指针，就必须授予代码运行库的代码访问安全机制的高级别信任，否则就不能执行它。
MSDN上有如下关于指针的说明：
在公共语言运行时 (CLR) 中，不安全代码是指无法验证的代码。 C# 中的不安全代码不一定是危险的；只是 CLR 无法验证该代码的安全性。 因此，CLR 将仅执行完全信任的程序集中的不安全代码。 如果你使用不安全代码，你应该负责确保代码不会引发安全风险或指针错误。
大多数情况下，可以使用System.Intptr或ref关键字来替代指针完成我们想要的操作。
下面使用示例代码说明一下：（仅供演示）
这里还是以memcpy函数为例，假设我有一个Point结构的实例，要对这个Point进行拷贝。
声明Point结构
1 struct Point
2 {
3 public int x;
4 public int y;
5 }
使用System.IntPtr：
1 /// <summary>
2 /// 使用IntPtr
3 /// </summary>
4 /// <param name="pDst"></param>
5 /// <param name="pSrc"></param>
6 /// <param name="count"></param>
7 /// <returns></returns>
8 [DllImport("msvcrt.dll", EntryPoint = "memcpy", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
9 private static extern unsafe int memcpyi(IntPtr pDst, IntPtr pSrc, int count);
1 static void MemCpyIntPtr()2 {3 var p = new Point() { x = 200,y = 10};4 Console.WriteLine(p.x + " " + p.y);5 6 var size = Marshal.SizeOf(p);7 8 IntPtr ptrSrc = Marshal.AllocHGlobal(size);9 IntPtr ptrDest = Marshal.AllocHGlobal(size);
10
11 //将结构体Point转换成ptrSrc
12 Marshal.StructureToPtr(p, ptrSrc, false);
13
14 //memcpy
15 memcpyi(ptrDest, ptrSrc, size);
16
17 //再转换成结构体
18 Point p2 = new Point();
19 //先输出一次进行对比
20 Console.WriteLine(p2.x + " " + p2.y);
21
22 p2 = (Point)Marshal.PtrToStructure(ptrDest, typeof(Point));
23 Console.WriteLine(p2.x + " " + p2.y);
24
25 }
运行结果如下：
200 10
0 0
200 10
使用指针：
1 /// <summary>
2 /// 使用指针
3 /// </summary>
4 /// <param name="pDst"></param>
5 /// <param name="pSrc"></param>
6 /// <param name="count"></param>
7 /// <returns></returns>
8 [DllImport("msvcrt.dll", EntryPoint = "memcpy", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
9 private static extern unsafe int memcpyp(void* pDst, void* pSrc, int count);
1 static unsafe void MemCpyPointer()2 {3 Point p = new Point() { x = 200, y = 10 };4 Point p2 = new Point();5 6 Console.WriteLine(p.x + " " + p.y);7 Console.WriteLine(p2.x + " " + p2.y);8 9 Point* pSrc = &p;
10 Point* pDest = &p2;
11
12 memcpyp((void*)pDest, (void*)pSrc, sizeof(Point));
13
14 p2 = *pDest;
15 Console.WriteLine(p2.x + " " + p2.y);
16 }
运行结果如下：
200 10
0 0
200 10
下面介绍使用指针传递时的另外一种情况，这种情况我们可以使用ref来代替指针完成操作。
先用C++封装一个库，导出如下函数，用来打印一个整形数组
1 extern "C" __declspec(dllexport) void PrintArray(int* pa,int size);2 3 4 extern "C" __declspec(dllexport) void PrintArray(int* pa,int size)5 {6 for (size_t i = 0; i < size; i++)7 {8 std::cout << *pa << std::endl;9 pa++;
10 }
11 }
使用ref：
1 [DllImport("demo_lib.dll",EntryPoint = "PrintArray")]
2 private static extern void PrintArrayRef(ref int pa,int size);
1 static void PrintArrayRef()
2 {
3 int[] array = new int[] { 1,2,3};
4
5 //使用ref关键字传的是引用，ref[0]其实就是传的首地址
6 PrintArrayRef(ref array[0], array.Length);
7 }
运行结果：
1
2
3
使用指针：
1 [DllImport("demo_lib.dll", EntryPoint = "PrintArray")]
2 private static extern unsafe void PrintArrayPointer(int* pa, int size);
1 static unsafe void PrintArrayPointer()2 {3 int size = 3;4 int* array = stackalloc int[3];5 6 for (int i = 0; i < size; i++)7 {8 array[i] = i+1;9 }
10 PrintArrayPointer(array, size);
11 }
运行结果：
1
2
3
以上的示例程序可以在这里下载
参考资料：
Unsafe code - C# language specification | Microsoft Learn
不安全代码、数据指针和函数指针 - C# reference | Microsoft Learn
