面试题：C#不安全代码块中固定语句与指针的交互关系

Question

在C#的不安全代码块中，固定语句常常与指针操作相关联。请详细说明固定语句如何配合指针使用，以及在这种配合使用时需要注意的内存管理要点。

Answer 1

固定语句与指针配合使用

1. 固定语句语法：在C#中，使用fixed关键字来创建固定语句块。语法格式为fixed (type* identifier = &variable)，其中type是指针指向的数据类型，identifier是指针变量名，variable是要固定的托管变量。
2. 作用：在C#中，托管对象的内存位置可能会被垃圾回收器移动。fixed语句可以将托管变量的内存位置固定下来，以便指针能够安全地指向它。例如：

unsafe
{
    int[] numbers = new int[] { 1, 2, 3 };
    fixed (int* p = numbers)
    {
        // 此时指针p可以安全地指向数组numbers的第一个元素
        for (int i = 0; i < 3; i++)
        {
            *(p + i) = *(p + i) * 2;
        }
    }
}

3. 嵌套使用：fixed语句可以嵌套，当需要固定多个变量时可以这样做。例如：

unsafe
{
    int num1 = 10;
    int num2 = 20;
    fixed (int* p1 = &num1)
    {
        fixed (int* p2 = &num2)
        {
            // 可以在这个嵌套块中使用p1和p2指针
        }
    }
}

内存管理要点

1. 固定范围：fixed语句块结束后，被固定的变量不再被固定，垃圾回收器又可以自由移动该变量。所以指针操作必须在fixed语句块内部完成，一旦离开该块，指针就可能指向无效内存。
2. 数组越界：当使用指针访问数组元素时，要确保不发生数组越界。如上面示例中，循环访问数组元素时，循环条件要根据数组实际长度来控制，否则可能访问到未分配的内存，导致程序崩溃或数据损坏。
3. 释放资源：在fixed语句中没有特别需要手动释放的资源，因为固定只是临时阻止垃圾回收器移动内存，语句块结束后自动恢复正常的内存管理。但如果在fixed语句块内分配了非托管资源（如使用Marshal.AllocHGlobal等），则需要在合适的时候手动释放这些资源，例如使用Marshal.FreeHGlobal。
4. 避免内存泄漏：由于fixed语句块内可以进行指针操作，容易因为错误的指针运算导致内存泄漏。例如，如果在fixed块内分配了内存但没有正确释放，就会造成内存泄漏。所以要确保所有动态分配的内存都能正确释放。