C# アンセーフコード完全ガイド：ポインタとメモリ管理の実践

C# では、unsafe 修飾子でマークされた関数またはコードブロック内でポインタ変数を使用できます。アンセーフコードまたはアンマネージコードとは、ポインタ変数を使用するコードブロックのことです。

ポインタ

ポインタとは、別の変数のアドレス、つまりメモリ位置の直接アドレスを値として持つ変数です。通常の変数や定数と同様に、ポインタを使用して変数のアドレスを格納する前に、ポインタを宣言する必要があります。

ポインタ宣言の一般的な形式は次のとおりです。

型 *変数名;

有効なポインタ宣言の例：

int *ip;    // 整数へのポインタ
double *dp; // double へのポインタ
float *fp;  // float へのポインタ
char *ch;   // 文字へのポインタ

次の例は、unsafe 修飾子を使用して C# でポインタを使用する方法を示しています。

using System;
namespace UnsafeCodeApplication {
    class Program {
        static unsafe void Main(string[] args) {
            int var = 20;
            int* p = &var;
            Console.WriteLine("Data is: {0} ", var);
            Console.WriteLine("Address is: {0}", (int)p);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次のような結果が得られます。

Data is: 20
Address is: 99215364

メソッド全体を unsafe にする代わりに、コードの一部分だけを unsafe として宣言することもできます。次のセクションの例でこれを示します。

ポインタを使用したデータ値の取得

ポインタ変数が参照する位置に格納されているデータを、ToString() メソッドを使って取得できます。次の例でこれを示します。

using System;
namespace UnsafeCodeApplication {
    class Program {
        public static void Main() {
            unsafe {
                int var = 20;
                int* p = &var;
                Console.WriteLine("Data is: {0} ", var);
                Console.WriteLine("Data is: {0} ", p->ToString());
                Console.WriteLine("Address is: {0} ", (int)p);
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が得られます。

Data is: 20
Data is: 20
Address is: 77128984

ポインタをメソッドパラメータとして渡す

ポインタ変数をメソッドのパラメータとして渡すことができます。次の例でこれを説明します。

using System;
namespace UnsafeCodeApplication {
    class TestPointer {
        public unsafe void swap(int* p, int* q) {
            int temp = *p;
            *p = *q;
            *q = temp;
        }
        public unsafe static void Main() {
            TestPointer p = new TestPointer();
            int var1 = 10;
            int var2 = 20;
            int* x = &var1;
            int* y = &var2;
            Console.WriteLine("Before Swap: var1:{0}, var2: {1}", var1, var2);
            p.swap(x, y);
            Console.WriteLine("After Swap: var1:{0}, var2: {1}", var1, var2);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が得られます。

Before Swap: var1: 10, var2: 20
After Swap: var1: 20, var2: 10

ポインタを使用した配列要素へのアクセス

C# では、配列名と、配列のデータと同じデータ型へのポインタは、同じ変数型ではありません。たとえば、int *p と int[] p は異なる型です。ポインタ変数 p はインクリメントできます（メモリ上で固定されていないため）が、配列のアドレスはメモリ上で固定されているため、インクリメントできません。

したがって、C や C++ のように（参考：C 言語のポインタ）ポインタ変数を使って配列データにアクセスする必要がある場合は、fixed キーワードを使ってポインタを固定する必要があります。

次の例でこれを示します。

using System;
namespace UnsafeCodeApplication {
    class TestPointer {
        public unsafe static void Main() {
            int[] list = {10, 100, 200};
            fixed(int* ptr = list) /* 配列のアドレスをポインタに取得 */
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                Console.WriteLine("Address of list[{0}]={1}", i, (int)(ptr + i));
                Console.WriteLine("Value of list[{0}]={1}", i, *(ptr + i));
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が得られます。

Address of list[0] = 31627168
Value of list[0] = 10
Address of list[1] = 31627172
Value of list[1] = 100
Address of list[2] = 31627176
Value of list[2] = 200