当与不安全代码一起使用时，ref 的安全性如何

本文关键字：ref 安全性 不安全 代码 一起 | 更新日期: 2023-09-27 18:30:32

使用 Visual C# 2010 Microsoft，我最近注意到您可以通过 ref 将对象传递给非托管代码。因此，我的任务是尝试编写一些非托管代码，使用对托管代码的回调将C++ char* 转换为 C# 字符串。我做了两次尝试。

尝试 1：调用存储 ref 参数的非托管函数。然后，在该函数返回到托管代码后，调用另一个非托管函数，该函数调用将 char* 转换为托管字符串的回调函数。

C++
typedef void (_stdcall* CallbackFunc)(void* ManagedString, char* UnmanagedString);
CallbackFunc UnmanagedToManaged = 0;
void* ManagedString = 0;
extern "C" __declspec(dllexport) void __stdcall StoreCallback(CallbackFunc X) {
    UnmanagedToManaged = X;
}
extern "C" __declspec(dllexport) void __stdcall StoreManagedStringRef(void* X) {
    ManagedString = X;
}
extern "C" __declspec(dllexport) void __stdcall CallCallback() {
    UnmanagedToManaged(ManagedString, "This is an unmanaged string produced by unmanaged code");
}
C#
[DllImport("Name.dll", CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
public static extern void StoreCallback(CallbackFunc X);
[DllImport("Name.dll", CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
public static extern void StoreManagedStringRef(ref string X);
[DllImport("Name.dll", CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
public static extern void CallCallback();
[UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.StdCall)]
public delegate void CallbackFunc(ref string Managed, IntPtr Native);
static void Main(string[] args) {
    string a = "This string should be replaced";
    StoreCallback(UnmanagedToManaged);
    StoreManagedStringRef(ref a);
    CallCallback();
}
static void UnmanagedToManaged(ref string Managed, IntPtr Unmanaged) {
    Managed = Marshal.PtrToStringAnsi(Unmanaged);
}

尝试 2：将字符串 ref 传递给非托管函数，该函数将字符串 ref 传递给托管回调。

C++
typedef void (_stdcall* CallbackFunc)(void* ManagedString, char* UnmanagedString);
CallbackFunc UnmanagedToManaged = 0;
extern "C" __declspec(dllexport) void __stdcall StoreCallback(CallbackFunc X) {
    UnmanagedToManaged = X;
}
extern "C" __declspec(dllexport) void __stdcall DoEverything(void* X) {
    UnmanagedToManaged(X, "This is an unmanaged string produced by unmanaged code");
}
C#
[DllImport("Name.dll", CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
public static extern void StoreCallback(CallbackFunc X);
[DllImport("Name.dll", CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
public static extern void DoEverything(ref string X);
[UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.StdCall)]
public delegate void CallbackFunc(ref string Managed, IntPtr Unmanaged);
static void Main(string[] args) {
    string a = "This string should be replaced";
    StoreCallback(UnmanagedToManaged);
    DoEverything(ref a);
}
static void UnmanagedToManaged(ref string Managed, IntPtr Unmanaged) {
    Managed = Marshal.PtrToStringAnsi(Unmanaged);
}
尝试

1 不起作用，但尝试 2 有效。在尝试 1 中，似乎一旦非托管代码在存储 ref 后返回，ref 就会变得无效。为什么会这样？

鉴于尝试 1 的结果，我怀疑尝试 2 能否可靠地工作。那么，当与非托管代码一起使用时，代码的非托管端的 ref 有多安全？或者换句话说，使用 ref 时，什么在非托管代码中不起作用？

我想知道的是：

使用 ref 将对象传递给非托管代码时，究竟会发生什么情况？

它是否保证在非托管代码中使用 ref 时对象将保留在内存中的当前位置？

非托管代码中 ref（我不能用 ref 做什么）有什么限制？

当与不安全代码一起使用时，ref 的安全性如何

关于p/invoke如何工作的完整讨论超出了Stack Overflow问答的适当范围。但简而言之：

在您的两个示例中，您都没有真正将托管变量的地址传递给非托管代码。p/invoke 层包括封送处理逻辑，该逻辑将托管数据转换为非托管代码可用的内容，然后在非托管代码返回时转换回来。

在这两个示例中，p/invoke 层都必须创建一个中间对象以进行封送处理。在第一个示例中，当您再次调用非托管代码时，此对象已消失。当然，在第二个例子中，事实并非如此，因为所有的工作都是同时进行的。

我相信你的第二个例子应该可以安全使用。也就是说，p/invoke 层足够智能，可以在这种情况下正确处理ref。第一个例子是不可靠的，因为 p/invoke 被滥用，而不是因为ref参数的任何基本限制。


几点补充：

  • 我不会在这里使用"不安全"这个词。是的，调用非托管代码在某些方面是不安全的，但在 C# 中，"不安全"具有非常具体的含义，与 unsafe 关键字的使用有关。我在您的代码示例中没有看到任何实际使用 unsafe 的内容。
  • 在这两个示例中，您都有一个与使用传递给非托管代码的委托相关的 bug。特别是，虽然 p/invoke 层可以将托管委托引用转换为非托管代码可以使用的函数指针，但它不知道委托对象的生存期。它将使对象保持足够长的存活时间以便 p/invoked 方法调用完成，但如果您需要它存活的时间超过此时间（如此处的情况），则需要自己执行此操作。例如，对存储引用的变量使用 GC.KeepAlive()。（通过在对StoreCallback()的调用和稍后使用函数指针的非托管代码调用之间插入对GC.Collect()的调用，可以重现崩溃）。
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