نویسنده:مجید شهاب فر
مانطور که می دانید C# یک زبان برنامه نویسی کامل برای از میان برداشتن نگرانی برنامه نویسان از مدیریت حافظه می باشد. چرا که به مدد garbage collector و استفاده از reference ها مدیریت حافظه تا حدود زیادی بصورت خودکار انجام می شود. با این همه شاید مواردی پیش آید که نیاز به دسترسی مستقیم به حافظه باشد. بعنوان مثال شما قصد استفاده از تابعی از یک DLL که با NET. نوشته نشده است را دارید بطوریکه آن تابع پارامتری از نوع اشاره گر داشته باشد. یا اینکه شما قصد بالا بردن سرعت و کارایی برنامه تان را داشته باشید. آنچه در ادامه می خوانید امکانات C# برای دسترسی مستقیم به محتویات حافظه را بازگو می کند.
اشاره گرها:
شما reference ها را به سادگی در جای جای برنامه خود استفاده کرده اید. یک reference به زبان ساده تر یک اشاره گر از نوع type-safe می باشد. قبلا" دیده اید که متغیرها که در برگیرنده object ها و یا آرایه ها می باشند، چگونه آدرس خانه هایی از حافظه را که داده های اصلی در آنجا ذخیره شده اند را در خود نگه می دارند. به زبات ساده تری می توان گفت که اشاره گر یک متغیر است با این تفاوت که به جای ذخیره کردن مقدار (value) ، آدرس خانه یا خانه هایی از حافظه را بعنوان reference ذخیره می کند. تفاوت اینجاست که #C به راحتی دسترسی مستقیم به خانه ای از حافظه که یک متغیر از نوع reference آن را اشغال کرده، نمی دهد.
Reference ها در #C به منظور استفاده ساده تر از یک زبان برنامه نویسی پیشرفته و همچنین مهم تر از همه برای جلوگیری از برخی اشتباهات سهوی در هنگام برنامه نویسی که منجر به خرابی و از بین رفتن محتویات حافظه می شود، طراحی شده اند. اما با استفاده از اشاره گرها می توان به آدرس حافظه اصلی دست پیدا کرده و کارهای مختلفی را با آن انجام داد.
دو دلیل عمده برای استفاده از اشاره گرها در #C وجود دارند که عبارتند از:
۱- سازگاری با توابع غیر NET. مثل Windows API ها.
۲- کارایی و سرعت بالاتر
دسترسی به حافظه Low-level کار ساده ای نیست و اگر با دقت کافی همراه نباشد به قیمت ایجاد باگهایی در برنامه تمام می شود که پیدا کردن آن ها به سادگی دیگر باگها نیست. همچنین روش کدنویسی و Syntax استفاده از اشاره گرها نسبت به reference ها از پیچیدگی بیشتری برخوردار است لذا برنامه نویس برای بکارگیری آنها باید از دانش و مهارت کافی در این زمینه برخوردار باشد.
علی رغم همه اینها، اشاره گرها همچنان بعنوان ابزاری قدرتمند و انعطاف پذیر برای نوشتن کدهایی با راندمان بلا شناخته می شوند. اما قویا" توصیه می شود که فقط و فقط در صورت نیاز مبرم باید به سراغ استفاده از اشاره گرها رفت.
نوشتن unsafe code :
بخاطر ریسک استفاده از اشاره گرها، #C استفاده از آنها را تنها در بلاکهایی که برای این منظور در نظر گرفته شده اند مجاز می داند. عبارتی که برای مشخص کردن این بلاک بکار می رودunsafe است. بعنوان مثال تابعی که در آن از اشاره گر استفاده می شود بصورت زیر تعریف می شود.
}
unsafe int GetSomeNumber()
{
// code that can use pointers
واژه کلیدی unsafe می تواند برای هر تابعی صرف نظر از نوع آن که مثلا" static باشد یا virtualبکار رود.
همچنین می توان unsafe را برای کل یک کلاس یا structure بکار برد که این بدان معناست که همه عضوها و توابع آن بعنوان unsafe فرض شده اند.
مشابها" می توان تنها یک عضو کلاس را unsafe در نظر گرفت.
unsafe class MyClass
{
// any method in this class can now use pointers
}
همچنین می توان تنها بخشی از یک تابع را بعنوان بلاک unsafe در نظر گرفت.
class MyClass
{
unsafe int* pX; // declaration of a pointer field in a class
}
void MyMethod()توجه داشته باشید که متغیرهای محلی که در توابع تعریف می شوند نمی توانند unsafe در نظر گرفته شوند..
{
// code that doesn't use pointers
unsafe
{
// unsafe code that uses pointers here
}
// more 'safe' code that doesn't use pointers
}
}
int MyMethod()
{
unsafe int* pX; // WRONG
کامپایل کردن کدهای unsafe:
کامپایل کردن معمولی برنامه ای که شامل unsafe code باشد با خطا همراه خواهد بود پس باید به نوعی کامپایلر را از اینکه unsafe code ها را مد نظر داشته باشد آگاه کرد. برای این منظور اگر از طریق Command Line قصد کامپایل کردن برنامه را داشته باشیم، می بایست حتما" از واژه کلیدی unsafe در خط دستور استفاده کرد. مثلا" برای کامپایل کردن فایل MySource.cs که حاوی کدهای unsafe می باشد، اینگونه عمل می کنیم:
csc /unsafe MySource.cs و یا csc -unsafe MySource.cs
اگر از Visual Studio 2005 برای کامپایل کردن برنامه استفاده شود می بایست در Build Tab که در پنجره Properties پروژه مورد نظر موجود است، گزینه Allow unsafe code را انتخاب کرد.
نحوه تعریف اشاره گرها:
حال که بلاکی از کد را توسط unsafe برای بکارگیری اشاره گرها تعیین نمودیم می توان اشاره گرها را بصورت زیر در آن تعریف کنیم.
این کد چهار متغیر تعریف می کند که pWidth و pHeight اشاره گرهایی از نوع integer و pResultاشاره گری از نوع double و pFlag ارایه ای از اشاره گرها از نوع byte می باشند. همانطور که مشاهده می شود بهتر است در اینجا برای تعریف اشاره گرها اولین حرف آنها را p انتخاب کنیم تا بدین ترتیب براحتی از سایر متغیرها متمایز باشند.
int* pWidth, pHeight;
double* pResult;
byte*[] pFlags;
برنامه نویسان ++C باید متوجه باشند که بین تعریف اشاره گر در ++C و #C فرق کوچکی وجود دارد و آن اینست که در #C علامت * چسبیده به نوع اشاره گر است حال آنکه در ++C علامت *چسبیده به نام اشاره گر می باشد.
برای کار با اشاره گرها نیاز است که با دو عملگر & و * آشنا شویم:
int* p1, p2, p3 //ok
int *p1, *p2, *p3 // Invalid in C#
& به معنای گرفتن آدرس یک متغیر می باشد که آدرس یک نوع داده مقدار دهی شده را بر می گرداند.
* به معنای گرفتن یک خانه حافظه با استفاده از آدرس آن خانه می باشد. پس اگر * در ابتدای یک اشاره گر آورده شود مقدار موجود در خانه ای از حافظه که اشاره گر بدان اشاره می کند بدست می آید.
کد زیر مثالهایی در این مورد را نشان می دهد.
در کد فوق متغیر x با عدد 10 مقدار دهی شده است سپس دو اشاره گر pX و pY تعریف شده اند. اشاره گر pX با آدرس خانه ای از حافظه که متغیر x بدان اشاره می کند مقدار دهی می شود و در خط بعد اشاره گر pY برابر با pX قرار داده می شود. یعنی pY نیز به همان جایی اشاره می کند که pX اشاره می کند. سپس در خط آخر مقدار خانه ای از حافظه که اشاره گر pY بدان اشاره می کند برابر با عدد 20 قرار داده می شود. پس بسادگی می توان نتیجه گرفت که در پایان این روند مقدار متغیر x به 20 تغییر می یابد.
int x = 10;
int* pX, pY;
pX = &x;
pY = pX;
*pY = 20;
هر اشاره گر می تواند به هر نوع مقدار (value type) به شرط آنکه unmanaged باشد، اشاره کند. این unmanaged type ها در #C عبارتند از:
اشاره گر نمی تواند به یک کلاس یا یک ارایه اشاره کند. بطور کلی می توان گفت که نوع یک اشاره گر در #C نمی تواند خود از object مشتق شده باشد. این بدین خاطر است که انجام این کار می تواند باعث اختلال در عملکرد garbage collector شود. برای آنکه garbage collectorبتواند به خوبی از عهده مدیریت حافظه بر آید نیاز به این دارد که دقیقا" بداند چه نمونه هایی(instances) از کلاس در heap ایجاد شده و در کجا واقع شده اند. اما اگر کدی شروع به کار کردن با کلاسها از طریق اشاره گرها کند، اطلاعاتی از کلاسها که در heap برای garbage collectorنگهداری می شوند را براحتی از بین می برد.
- sbyte, byte, short, ushort, int, uint, long, ulong, char, float, double, decimal, bool
- enum type
- pointer type
- Any user-defined struct type (contains fields of unmanaged types only).
داده هایی که garbage collector می تواند به آنها دسترسی داشته باشد همه managed typeهستند حال آنکه اشاره گرها تنها می توانند بصورت unmanaged type تعریف شوند. پسgarbage collector نمی تواند با اشاره گرها دمخور شود.
تبدیل نوع اشاره گرها:
از آنجا که اشاره گرها در واقع یک مقدار صحیح که بیانگر آدرسی از حافظه است را در خود نگه می دارند، لذا براحتی می توان آن را به یک integer type تبدیل کرد. با همه اینها این تبدیل نوع را نمی توان بصورت مطلق و بدون شرط انجام داد بلکه باید از casting استفاده کرد. به کد زیر توجه کنید:
int x = 10;
int* pX, pY;
pX = &x;
pY = pX;
*pY = 20;
uint y = (uint)pX;
int* pD = (int*)y;
می توان هر اشاره گر را به هر تایپ integer ، cast نمود. اما باید توجه داشت که هر آدرس 4بایت از حافظه یک سیستم 32 بیتی را اشغال می کند. لذا cast کردن یک اشاره گر به هر تایپی به غیر از uint ، long و یا ulong مستعد بروز خطا می باشد. از آنجا که نوع داده int بازه ای حدود2- بیلیون تا 2+ بیلیون را شامل می شود و یک آدرس که همانطور که قبلا" گفته شد 4 بایت حافظه را اشغال می کند بازه ای از صفر تا 4 بیلیون را شامل می شود. لذا cast کردن یک اشاره گر به نوع داده int می تواند مشکل آفرین باشد.
در پردازنده های 64 بیتی یک آدرس معادل 8 بایت از حافظه را اشغال می کند. پس می توان گفت که در سیستمهای 64 بیتی cast کردن اشاره گرها به هر تایپی به غیر از ulong خطای سر ریز شدن حافظه را به همراه خواهد داشت.
checked keyword در #C برای چک کردن سر ریز شدن نوع های داده صحیح (integer data type) بکار می رود. بدین ترتیب که با بکار بردن checked در هنگام سر ریز شدن متغیرهای با نوع صحیح، خطای Overflow Exception رخ می دهد. اما باید توجه داشت که عبارت checked را نمی توان برای casting اشاره گرها بکار برد چراکه حتی اگر casting با سرریزی حافظه مواجه باشد، خطای Overflow Exception رخ نمی دهد. بطور کلی NET. در runtime فرض را برین می گیرد که اگر شما از اشاره گر ها استفاده می کنید این خود شما هستید که می دانید چگونه باید اشاره گرها را کنترل نمایید تا با خطای سر ریز شدن حافظه مواجه نشوید.
منبع:کد:www.magazinepro.mihanblog.com
