C# 手動管理內存

手動管理內存實驗

本實驗旨在理解 C# 中 unsafe 指標操作與 非託管記憶體（unmanaged memory） 的使用方法，並學會如何使用 NativeMemory.Alloc 分配記憶體、直接操作位元資料、以及使用 Encoding 將 byte 資料正確轉換為字串。

二、實驗環境

1. 開發工具：JetBrains Rider / Visual Studio 2022
2. .NET SDK：.NET 8.0
3. 作業系統：Windows 11 / Linux / macOS
4. 專案設定：

<PropertyGroup>
    <OutputType>Exe</OutputType>
    <TargetFramework>net8.0</TargetFramework>
    <AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks>
</PropertyGroup>

三、實驗程式碼

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Text;

unsafe
{
    // 分配 100 bytes 非託管記憶體
    void* ptr = NativeMemory.Alloc(100);

    try
    {
        byte* bytes = (byte*)ptr;

        // 將 ASCII 字元 '1', '2', '3' 寫入記憶體
        bytes[0] = (byte)'1';
        bytes[1] = (byte)'2';
        bytes[2] = (byte)'3';
        bytes[3] = (byte)'\0'; // C-style 字串結尾

        // 讀取前 3 bytes 並轉為字串
        string text = Encoding.ASCII.GetString(bytes, 3);

        Console.WriteLine($"輸出內容：{text}");
    }
    finally
    {
        // 釋放非託管記憶體，防止記憶體洩漏
        NativeMemory.Free(ptr);
    }
}

四、實驗步驟

1. 在 .csproj 檔中啟用 true。
2. 使用 NativeMemory.Alloc(100) 分配 100 bytes 非託管記憶體。
3. 利用指標 byte* 對該記憶體位置直接操作，寫入字元 '1', '2', '3'。
4. 透過 Encoding.ASCII.GetString() 將指定長度的 bytes 轉為字串。
5. 輸出結果後，使用 NativeMemory.Free(ptr) 釋放記憶體。

五、實驗結果

執行後輸出：

輸出內容：123

六、結果分析

步驟	動作說明	結果
NativeMemory.Alloc(100)	分配 100 bytes 未受 GC 管理的空間	成功分配
bytes[0] = (byte)'1' 等	直接操作指標寫入資料	記憶體內容：31 32 33 00（十六進制）
Encoding.ASCII.GetString(bytes, 3)	將前 3 bytes 轉為字串	"123"
NativeMemory.Free(ptr)	手動釋放非託管記憶體	無洩漏

分析：

• 若錯誤地使用 bytes->ToString()，則輸出 "49"，因為那是 '1' 的 ASCII 數值。
• 正確轉換方式是透過 Encoding 類別將 byte[] → string。
• NativeMemory 提供比 Marshal.AllocHGlobal 更現代化的低階記憶體控制 API。
• 此實驗說明了 unsafe 區塊允許開發者像 C 語言一樣直接控制記憶體。

1. 本實驗展示了 C# 在 unsafe 環境中對非託管記憶體的操作能力。
2. 使用 NativeMemory.Alloc 分配記憶體後，可直接透過指標寫入資料。
3. 透過 Encoding.GetString() 可將指定的 bytes 區段轉換成字串。
4. 雖然 unsafe 操作提供更高的效能與靈活度，但需開發者自行負責記憶體管理，
5. 若未釋放記憶體或操作越界，將導致非託管記憶體洩漏或程式崩潰。

✅ 建議：除非在高效能或與原生程式碼互通時，否則應避免大量使用 unsafe。