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跨线程GCHandle，如何使用PinnedIntArray等结构来管理内存，以及如何确保在处理完成后释放资源。

article 2024/11/13 8:53:58

在C#中，内存管理由垃圾回收器（Garbage Collector, GC）自动处理，这是语言和.NET框架的重要特性之一。然而，在某些情况下，特别是与非托管代码（如C/C++）交互时，开发者需要对内存进行手动管理。PinnedIntArray并不是一个内置的结构或类，而是一个假设的概念用于说明如何固定数组的内存位置，以便和非托管代码（如C/C++）交互。固定内存的位置可以防止垃圾回收过程移动对象，从而确保安全的指针操作。

历史背景

C#诞生于2000年，作为微软.NET框架的一部分，与Java类似，C#采用了垃圾回收机制，极大地减少了内存泄漏和指针错误的风险。然而，随着C#广泛用于系统级编程和跨平台开发，与非托管代码的交互变得越来越常见。这就需要有一种方法在特定场景下手动管理内存，与非托管资源进行交互。

固定内存（Pinned Memory）

在与非托管代码交互的时候，常常需要使用P/Invoke或C++/CLI等技术调用非托管函数。非托管函数期望接收指向固定内存的指针，而垃圾回收器可能会在后台移动对象，使其内存地址无效。因此，C#引入了固定内存的功能。

fixed 语句

最早引入的固定内存机制是fixed语句，它可以通过直接获取托管对象的内存地址来阻止垃圾收集器移动该对象。

int[] array = new int[5] { 1, 2, 3, 4, 5 };
unsafe
{
    fixed (int* ptr = array)
    {
        // 使用ptr进行非托管代码交互
    }
}
// 当离开fixed语句块后，object会被解除固定

GCHandle 结构

随着语言的发展，C#提供了GCHandle结构来提供更灵活的内存管理。这尤其适用于需要长时间固定对象的场景。

使用GCHandle固定内存

GCHandle是用于获取对象的非托管指针的结构。你可以使用它来固定对象的位置，以便与非托管代码交互。

示例代码：

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class PinnedIntArrayExample
{
    public static void Main()
    {
        // 创建一个托管整数数组
        int[] managedArray = new int[5] { 1, 2, 3, 4, 5 };
        
        // 声明一个GCHandle，用于固定数组
        GCHandle handle = default;

        try
        {
            // 分配一个GCHandle以固定数组，这样垃圾收集器就无法移动它
            handle = GCHandle.Alloc(managedArray, GCHandleType.Pinned);
            
            // 获取数组的指针
            IntPtr pointer = handle.AddrOfPinnedObject();
            
            // 输出指针的值（仅供演示）
            Console.WriteLine("Pointer address: " + pointer);

            // 在这个点，你可以通过非托管代码使用这个指针
            // 假设调用一些外部方法，如：ExternalMethod(pointer);

        }
        finally
        {
            // 释放句柄，使垃圾回收器能够再次移动和回收对象
            if (handle.IsAllocated)
            {
                handle.Free();
            }
        }
    }
}

关键步骤说明：

分配GCHandle：
使用GCHandle.Alloc方法来固定数组，可以选择GCHandleType.Pinned以确保对象不被垃圾回收器移动。
获取内存地址：
使用AddrOfPinnedObject()方法获取数组的指针地址，以便传递给需要非托管内存地址的外部函数。
释放GCHandle：
在finally块中使用handle.Free()来释放固定，从而允许垃圾收集器正常操作。
确保在所有操作完成后释放GCHandle，以防止内存泄漏。