如何在保留装箱对象的前提下修改值

有人问如何在保留装箱对象的前提下修改值?

场景:

object obj = 100;
Console.WriteLine("original object value: " + obj.ToString()); // when debug, make obj's ID: 1#
//TODO: modify obj value here (to 1000, for example), but preserve obj object
Console.WriteLine("modified object value: " + obj.ToString()); // make sure obj's ID: 1#

分析: 显然这里直接obj = 1000是不行的,那样之后得到的是对1000装箱的对象,而不是对100的装箱对象了,那么如何修改呢? 首先,这里列出本文涉及的一些.NET和CLR的准备知识——装箱的对象的分配和存储、对象的托管内存地址获取、对象唯一性确定、托管内存数据读写。如果你不是很熟悉,没关系,经过本篇的实践,加上MSDN的解释,你很快就可以理解。

1、对象的分配和存储。这里设计的仅仅是部分,细节可以参考CLR via。对象分配在托管堆上,由几个部分组成,第一部分是存储的是对象类型的TypeHandle,其后内容随类型不同而不同;对于装箱对象,其后紧跟的内存存储的是装箱的值(就是我们要找到然后去修改的东东了)。

2、对象的托管内存地址获取。通过System.Runtime.InteropServices.GCHandle类和其上的静态方法获取。

3、对象唯一性确定。这个方法有两种,第一种,需要依赖VS IDE Debug环境,在IDE的debug下,可以对任何对象设置对象标识(object ID),通过对象标识,就可以知道对象的往生来去了。另一种办法则是利用第二条知识,使用GCHandle的IsAllocated来判断。

4、通过上面得到了托管地址,如何修改托管地址处保存的内容呢?使用System.Runtime.InteropServices.Marshal.StructureToPtr或者System.Runtime.InteropServices.Marshal.WriteXXX系列方法即可。

基于以上内容,我们可以可以做到在保留装箱对象的前提下修改值了,显然首先需要的是装箱对象的引用,然后调用System.Runtime.InteropServices.GCHandle.Aloc(object)得到托管地址,该托管地址指向的内容就是装箱的对象;由于装箱对象的第一部分是TypeHandle,所以需要将指针向后偏移IntPtr.Size得到数据存储地址,然后通过Marshal.StructureToPtr写入新的内容即可。代码片段如下

if (!_memData.IsAllocated)
{
    _memData = GCHandle.Alloc(_boxedObject);
}
IntPtr pMemData = GCHandle.ToIntPtr(_memData);
IntPtr pBox = new IntPtr((Marshal.ReadIntPtr(pMemData).ToInt64() + IntPtr.Size));
Marshal.StructureToPtr(value, pBox, false);

结果:

讨论: 显然这里写入数据时候是需要很小心的,因为如果装箱的数据占用内存小,而写入的数据比它大的话,就会触发AccessViolationException,甚至导致溢出,形成安全漏洞。

额外话题: 如果传入的就是一个引用类型的实例,会是什么结果呢?  还等什么呢,赶快自己动手试试喽。

附录,完整的测试代码:

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace BoxedObjectWriter
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            object test = 100;
            Console.WriteLine("original value=" + test.ToString() + ", hash=" + test.GetHashCode());
            BoxedObject b = new BoxedObject(test);
            b.Value = 1000;
            Console.WriteLine("after edit value=" + test.ToString() + ", hash=" + test.GetHashCode());

            Console.ReadLine();
        }
    }

    public class BoxedObject : IDisposable
    {
        private object _boxedObject;
        private GCHandle _memData;

        public BoxedObject(object boxObject)
        {
            if (boxObject == null)
            {
                throw new ArgumentNullException();
            }
            _boxedObject = boxObject;            
        }

        ~BoxedObject()
        {
            (this as IDisposable).Dispose();
        }

        public object Value
        {
            get { return _boxedObject; }
            set
            {
                if (value == null)
                {
                    throw new ArgumentNullException();
                }
                if (value.GetType() != _boxedObject.GetType())
                {
                    throw new NotSupportedException(string.Format("Can not set [{0}] value to [{1}] object",
                        value.GetType().Name,
                        _boxedObject.GetType().Name));
                }

                if (!_memData.IsAllocated)
                {
                    _memData = GCHandle.Alloc(_boxedObject);
                }
                IntPtr pMemData = GCHandle.ToIntPtr(_memData);
                IntPtr pBox = new IntPtr((Marshal.ReadIntPtr(pMemData).ToInt64() + IntPtr.Size));
                Marshal.StructureToPtr(value, pBox, false);
            }
        }

        IDisposable Members
    }
}

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