[C#] ポインター型（Pointer Types）入門 ① — unsafe コードの基本と * / & 演算子

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
  <PropertyGroup>
    <OutputType>Exe</OutputType>
    <TargetFramework>net9.0</TargetFramework>
    <AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks>
  </PropertyGroup>
</Project>

// メソッド全体を unsafe にする
static unsafe void ShowAddresses()
{
    int x = 10;
    int* pX = &x;
    Console.WriteLine($"x の値: {x}");
    Console.WriteLine($"x のアドレス: 0x{(long)pX:X}");
}

static void Main()
{
    int value = 42;

    // このブロック内だけ unsafe
    unsafe
    {
        int* p = &value;
        Console.WriteLine($"value = {*p}"); // 42
    }

    // ここでは p は使えない
}

// クラス全体を unsafe にする（ポインター操作が多い場合）
unsafe class LowLevelProcessor
{
    public void Process(int* data, int length)
    {
        for (int i = 0; i < length; i++)
            data[i] *= 2;
    }
}

unsafe static void PointerBasics()
{
    // int 変数の宣言
    int value = 100;

    // & でアドレスを取得し、int* 型のポインターに格納
    int* p = &value;

    Console.WriteLine($"value  = {value}");       // 100
    Console.WriteLine($"*p     = {*p}");           // 100
    Console.WriteLine($"&value = 0x{(long)p:X}"); // アドレス（実行ごとに変わる）

    // * で値を書き換える
    *p = 999;
    Console.WriteLine($"value  = {value}");        // 999（p 経由で変更された）
}

unsafe static void DoublePointer()
{
    int x = 5;
    int* p = &x;
    int** pp = &p;

    Console.WriteLine($"x    = {x}");    // 5
    Console.WriteLine($"*p   = {*p}");   // 5
    Console.WriteLine($"**pp = {**pp}"); // 5

    **pp = 77;
    Console.WriteLine($"x    = {x}");   // 77
}

unsafe static void PointerArithmetic()
{
    int[] numbers = { 10, 20, 30, 40, 50 };

    fixed (int* start = numbers) // fixed については後編で詳しく説明
    {
        int* p = start;

        for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
        {
            Console.WriteLine($"*(start + {i}) = {*(start + i)}");
            // 添字アクセスも使える: start[i]
        }
    }
}
// *(start + 0) = 10
// *(start + 1) = 20
// *(start + 2) = 30
// *(start + 3) = 40
// *(start + 4) = 50

unsafe static void PointerComparison()
{
    int[] arr = { 1, 2, 3 };

    fixed (int* p = arr)
    {
        int* first = p;
        int* last  = p + arr.Length - 1;

        Console.WriteLine(first < last); // True
        Console.WriteLine(first == p);   // True
    }
}

unsafe static void SwapUnsafe(int* a, int* b)
{
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int x = 10, y = 20;

unsafe
{
    SwapUnsafe(&x, &y);
}

Console.WriteLine($"x = {x}, y = {y}"); // x = 20, y = 10

static void SwapSafe(ref int a, ref int b)
{
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int x = 10, y = 20;
SwapSafe(ref x, ref y);
Console.WriteLine($"x = {x}, y = {y}"); // x = 20, y = 10