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当在不安全的代码中使用 ref 关键字时，这是否安全？

c#unsafe
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使用Microsoft Visual C# 2010，我最近发现您可以通过ref将对象传递给非托管代码。因此，我尝试编写一些非托管代码，使用回调到托管代码来将C++ char*转换为C#字符串。我进行了两次尝试。
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，该函数调用回调函数将char*转换为托管字符串。
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：将字符串引用传递给不受管理的函数，该函数将字符串引用传递给托管回调函数。
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无效，但尝试2有效。在尝试1中，似乎在非托管代码存储完ref之后立即返回后，该ref就变得无效了。为什么会这样？
鉴于尝试1的结果，我对尝试2的可靠性存在疑虑。因此，在与非托管代码一起使用时，ref在非托管代码方面有多安全？换句话说，当在非托管代码中使用ref时，哪些功能将无法正常工作？
我想知道的内容包括：
当使用ref将对象传递给非托管代码时会发生什么？
它是否保证对象在ref在非托管代码中被使用时会留在其当前内存位置？
在非托管代码中，ref的限制是什么（我不能使用ref做什么）？
不安全代码被称为“不安全”，有理由的...它是不安全的。 :) - Almo
1个回答
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p/invoke是如何工作的完整讨论超出了Stack Overflow Q&A的适当范围。但简单来说：
在你的两个示例中，你实际上都没有将托管变量的地址传递给非托管代码。p/invoke层包括编组逻辑，它将你的托管数据转换为可用于非托管代码的内容，然后在非托管代码返回时再次转换。
在这两个示例中，p/invoke层必须创建一个中间对象以进行编组。在第一个示例中，该对象在您再次调用非托管代码时已消失。当然，在第二个示例中，由于所有工作都同时进行，因此不存在这种情况。
我认为你的第二个示例应该是安全的使用。也就是说，p/invoke层足够聪明，可以正确处理ref的情况。第一个示例不可靠是因为p/invoke被误用，而不是任何fundamental limitation of ref参数。
几个额外的要点：
• 我不会在这里使用“unsafe”这个词。是的，调用非托管代码在某些方面上是不安全的，但在C#中，“不安全”的含义与使用unsafe关键字有关，我没有看到你的代码示例中实际使用了unsafe。
• 在这两个示例中，你都有一个关于你使用传递给非托管代码的委托的错误。特别是，虽然p/invoke层可以将你的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命周期。它将使该对象保持活动状态，直到p/invoke方法调用完成，但如果您需要它比那更长时间（如在这种情况下），则需要自己处理。例如，在存储引用的变量上使用GC.KeepAlive()。（您可能会通过在调用StoreCallback()和稍后调用非托管代码之间插入对GC.Collect()的调用来重现崩溃）。
你关于第二个额外的点是正确的。插入 GC.Collect() 导致了崩溃。我认为保持委托的静态引用也可以起作用。 - Jerry Hundric
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