C# 指向具有托管字段的“ref struct”指针的安全问题。忽略警告 CS8500

Question

考虑以下代码：

    public class SomeClass
    {
        public bool someBool;
    }

    public ref struct RefStructWithManagedFields
    {
        private SomeClass? _managedField;

        internal void SetSomethingManaged(SomeClass something)
        {
            _managedField = something;
        }
        internal SomeClass? GetSomethingManaged()
        {
            return _managedField;
        }
    }

    public unsafe ref struct RefStructWithPointer
    {
        /// emits warning CS8500:
        /// "This takes the address of, gets the size of, or declares a pointer to a managed type ('RefStructWithManagedFields')
        private readonly RefStructWithManagedFields* _pointer;

        public ref RefStructWithManagedFields RefField { get => ref *_pointer; }

        internal RefStructWithPointer(RefStructWithManagedFields* pointer)
        {
            _pointer = pointer;
        }
    }


    class SomeContext
    {
        private SomeClass someClass = new();

        public void DoSomething(ref RefStructWithPointer structWithPointer)
        {
            // set a managed field  on a struct internally referenced  with a pointer
            structWithPointer.RefField.SetSomethingManaged(someClass);
        }
    }
    class AnotherContext
    {
        public void DoSomething(ref RefStructWithPointer structWithPointer)
        {
            // get a managed field from a struct internally referenced with a pointer
            SomeClass? someOtherClass = structWithPointer.RefField.GetSomethingManaged();
            Console.WriteLine(someOtherClass?.someBool);
        }
    }

    public class Program
    {
        static SomeContext someContext = new();
        static AnotherContext anotherContext = new();

        unsafe static void Main()
        {
            RefStructWithManagedFields foo = default;

            /// emits warning CS8500:
            /// "This takes the address of, gets the size of, or declares a pointer to a managed type ('RefStructWithManagedFields')
            RefStructWithPointer bar = new(&foo);

            someContext.DoSomething(ref bar);

            /// garbage for the sake of argument
            GeneratedALotOfGarbage();
            GC.Collect();

            anotherContext.DoSomething(ref bar);
        }
    }

Program

正在传递一个

ref struct

(

RefStructWithPointer

)，其中包含指向另一个带有托管字段 (

ref struct

) 的

RefStructWithManagedFields

的指针。指针对外部是隐藏的，因为它以

ref property

的形式返回。从 C# 11.0 开始，这可以通过“ref fields”来完成，但是，我必须使用 9.0

据我了解，直接获取指向托管引用的指针是不安全的，因为 GC 可能会移动它，因此指针可能无效。如果您想要一个指针，则必须通过作用域内的

fixed

关键字“修复”它。

获取指向任何

struct

的指针也可能不安全，因为该结构可能作为另一个类的字段存在于堆中，因此如果您想要一个指针，也必须“修复”它。但是，如果它是本地范围的 var（堆栈分配），编译器将允许您避免修复它。

也允许使用指向

ref struct

的指针，无需修复，因为它可以确保位于堆栈中。

我不明白的是，当这些结构包含托管引用时，编译器会发出警告。我知道那些托管引用本身可以在堆上移动。但是，如果我们不直接使用指向它们的指针，而是指向包含它们的结构体。为什么很危险？

如果一个类通过 GC 移动，则必须更新对它的所有引用。因此，我假设

ref struct

中包含的托管引用也将得到更新。在任何安全上下文中，

ref struct

中的引用始终是安全的。如果“指向的”结构存在于堆栈中，为什么可能无法通过指针（指向结构）访问它？结构体中包含的引用不会更新吗？

在提供的示例中，调用

GetSomethingManaged()

或

SetSomethingManaged()

是否可能存在危险？为什么？

我无法复制这种危险的场景。我不理解通过指针访问具有托管字段的引用结构背后的危险，我的理解让我觉得它是安全的，而实际上危险的是其他东西。

Answer 1

回复我自己。该警告的存在是由于“范围界定”。通过声明一个指针，即使它指向“引用结构”，如果像这样使用，您实际上可以允许它转义：

public class Program
{
    static SomeContext someContext = new();
    static AnotherContext anotherContext = new();

    unsafe static void Main()
    {
        DoPointerThings(out var crash);

        crash.RefField.GetSomethingManaged(); /// boom, we are pointing to a ref struct that is not longer allocated
    }

    private unsafe static void DoPointerThings(out RefStructWithPointer output)
    {
        RefStructWithManagedFields foo = default;

        /// emits warning CS8500:
        /// "This takes the address of, gets the size of, or declares a pointer to a managed type ('RefStructWithManagedFields')
        output = new(&foo);

        someContext.DoSomething(ref output); /// this is  ok

        anotherContext.DoSomething(ref output); /// also ok
    }
}

所以，我的教训是：警告就是警告，只要小心一点，真正尝试打破它，看看你是否在做坏事