آموزش مفاهیم و ابزارهای پیشرفته در سی شارپ

آموزش C# یکی از ضروری‌ترین مهارت‌ها برای برنامه‌نویسانی است که به دنبال یادگیری یک زبان شی‌گرا، قدرتمند و کارآمد هستند. سی شارپ به عنوان یکی از محبوب‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی تحت پلتفرم .NET، امکانات و قابلیت‌های پیشرفته‌ای دارد که در این مقاله به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

در این مقاله، به طور جامع به مفاهیم و ابزارهای پیشرفته در سی شارپ می‌پردازیم و با ارائه مثال‌های عملی، این مفاهیم را به زبانی ساده و قابل فهم توضیح می‌دهیم. از امنیت و متا برنامه‌نویسی گرفته تا پردازش‌های پس‌زمینه و کدهای Unsafe، همه در این راهنمای کامل بررسی خواهند شد.

مفاهیم و ابزارهای پیشرفته در سی شارپ

سی شارپ (C#) یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی مدرن و شی‌گرا است که توسط مایکروسافت توسعه داده شده و در بستر .NET اجرا می‌شود. در کنار امکانات اساسی برای توسعه برنامه‌های تحت ویندوز، وب و موبایل، سی شارپ دارای ابزارهای پیشرفته‌ای است که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد برنامه‌هایی سریع‌تر، امن‌تر و کارآمدتر بنویسند. در این بخش، برخی از مفاهیم و ابزارهای پیشرفته در سی شارپ را بررسی می‌کنیم.

استفاده از ویژگی‌های امنیتی در سی شارپ

امنیت یکی از مهم‌ترین فاکتورها در توسعه نرم‌افزارهای مدرن است. برنامه‌های امروزی باید از اطلاعات حساس کاربران محافظت کرده و در برابر حملات امنیتی مقاوم باشند. سی شارپ (C#) در بستر .NET امکانات و ابزارهای پیشرفته‌ای برای رمزنگاری داده‌ها، احراز هویت و کنترل دسترسی، امنیت شبکه و جلوگیری از حملات رایج ارائه می‌دهد.

در این بخش، به بررسی مهم‌ترین ویژگی‌های امنیتی در سی شارپ می‌پردازیم:

• رمزنگاری داده‌ها با الگوریتم‌های AES و RSA
• احراز هویت و کنترل دسترسی با استفاده از ASP.NET Core Identity و Role-Based Access Control (RBAC)
• مدیریت نشست‌های کاربری و جلوگیری از حملات امنیتی
• محافظت در برابر حملات XSS و SQL Injection

۱. رمزنگاری داده‌ها در سی شارپ

رمزنگاری (Encryption) یکی از مهم‌ترین روش‌های محافظت از اطلاعات حساس در سیستم‌های نرم‌افزاری است. سی شارپ از الگوریتم‌های رمزنگاری متقارن و نامتقارن برای محافظت از داده‌ها استفاده می‌کند.

۱.۱. رمزنگاری با الگوریتم AES (رمزنگاری متقارن)

الگوریتم AES (Advanced Encryption Standard) یک روش محبوب و پرکاربرد برای رمزنگاری داده‌ها است. در این روش، از یک کلید واحد برای رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می‌شود.

 مثال: رمزگذاری داده‌ها با AES در سی شارپ

using System;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;

class Program
{
    static void Main()
    {
        string original = "Hello, Secure World!";
        using (Aes aes = Aes.Create())
        {
            aes.GenerateKey();
            aes.GenerateIV();
            
            byte[] encrypted = EncryptStringToBytes(original, aes.Key, aes.IV);
            Console.WriteLine("Encrypted: " + Convert.ToBase64String(encrypted));
        }
    }

    static byte[] EncryptStringToBytes(string plainText, byte[] Key, byte[] IV)
    {
        using (Aes aes = Aes.Create())
        {
            aes.Key = Key;
            aes.IV = IV;

            ICryptoTransform encryptor = aes.CreateEncryptor(aes.Key, aes.IV);
            byte[] plainBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(plainText);
            return encryptor.TransformFinalBlock(plainBytes, 0, plainBytes.Length);
        }
    }
}

نکات کلیدی:

Aes.Create() برای ایجاد یک نمونه از الگوریتم AES استفاده می‌شود.
GenerateKey() و GenerateIV() برای تولید کلید و مقدار اولیه (Initialization Vector) استفاده می‌شوند.
CreateEncryptor() عملیات رمزگذاری را انجام می‌دهد.

۱.۲. رمزنگاری با الگوریتم RSA (رمزنگاری نامتقارن)

برخلاف AES، در الگوریتم RSA (Rivest-Shamir-Adleman) از دو کلید عمومی و خصوصی برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌شود. این روش معمولاً برای انتقال ایمن اطلاعات مانند رمزهای عبور و کلیدهای حساس به کار می‌رود.

مثال: رمزنگاری داده‌ها با RSA در سی شارپ

using System;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;

class Program
{
    static void Main()
    {
        string text = "Hello, Secure World!";
        using (RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider(2048))
        {
            byte[] encryptedData = rsa.Encrypt(Encoding.UTF8.GetBytes(text), false);
            Console.WriteLine("Encrypted: " + Convert.ToBase64String(encryptedData));

            byte[] decryptedData = rsa.Decrypt(encryptedData, false);
            Console.WriteLine("Decrypted: " + Encoding.UTF8.GetString(decryptedData));
        }
    }
}

نکات کلیدی:

RSA از دو کلید عمومی و خصوصی استفاده می‌کند، بنابراین امنیت بیشتری نسبت به AES دارد.
این الگوریتم در انتقال داده‌های حساس مانند کلیدهای رمزنگاری و اطلاعات ورود کاربرد دارد.

۲. احراز هویت و کنترل دسترسی در سی شارپ

یکی از روش‌های تأمین امنیت در برنامه‌های تحت وب و APIها، استفاده از احراز هویت (Authentication) و کنترل دسترسی (Authorization) است.

۲.۱. احراز هویت کاربران با ASP.NET Core Identity

ASP.NET Core Identity یک سیستم مدیریت کاربران است که برای ورود، خروج و مدیریت کاربران استفاده می‌شود. این سیستم امکان تأیید اعتبار کاربران از طریق رمز عبور، ایمیل، شماره موبایل، ورود با شبکه‌های اجتماعی و استفاده از JSON Web Token (JWT) را فراهم می‌کند.

نمونه کد: ثبت‌نام کاربر جدید در ASP.NET Core Identity

public async Task<IActionResult> Register(RegisterViewModel model)
{
    if (ModelState.IsValid)
    {
        var user = new ApplicationUser { UserName = model.Email, Email = model.Email };
        var result = await _userManager.CreateAsync(user, model.Password);
        if (result.Succeeded)
        {
            await _signInManager.SignInAsync(user, isPersistent: false);
            return RedirectToAction("Index", "Home");
        }
    }
    return View(model);
}

۲.۲. کنترل دسترسی با Role-Based Access Control (RBAC)

در بسیاری از برنامه‌های چندسطحی، کاربران دارای نقش‌های متفاوتی هستند (مثلاً مدیر، کارمند، کاربر عادی). برای مدیریت دسترسی کاربران به قسمت‌های مختلف سیستم، می‌توان از RBAC استفاده کرد.

مثال: محدود کردن دسترسی کاربران به صفحات خاص بر اساس نقش

[Authorize(Roles = "Admin")]
public class AdminController : Controller
{
    public IActionResult Index()
    {
        return View();
    }
}

در این کد، فقط کاربران دارای نقش “Admin” اجازه دسترسی به این صفحه را دارند.

۳. محافظت در برابر حملات امنیتی در سی شارپ

۳.۱. جلوگیری از حملات XSS (Cross-Site Scripting)

حملات XSS زمانی رخ می‌دهند که داده‌های ناامن (مانند ورودی‌های کاربر) مستقیماً در صفحه وب نمایش داده شوند. برای جلوگیری از این نوع حملات در سی شارپ، می‌توان از HtmlEncode استفاده کرد.

 نمونه کد: جلوگیری از XSS با Html.Encode

@Html.Encode(userInput)

همچنین در ASP.NET Core، Razor به‌صورت پیش‌فرض از محافظت در برابر XSS پشتیبانی می‌کند.

۳.۲. جلوگیری از حملات SQL Injection

یکی از خطرناک‌ترین حملات، SQL Injection است که از طریق ارسال کدهای مخرب SQL به پایگاه داده انجام می‌شود. برای جلوگیری از این حملات، باید همیشه از پارامترهای SQL امن (SqlParameter) یا Entity Framework استفاده کرد.

نمونه کد: استفاده از پارامترها برای جلوگیری از SQL Injection

using (SqlCommand cmd = new SqlCommand("SELECT * FROM Users WHERE Username = @username", connection))
{
    cmd.Parameters.AddWithValue("@username", userInput);
}

در این روش، مقدار ورودی به‌عنوان پارامتر پردازش شده و امکان حمله SQL Injection از بین می‌رود.
در این بخش، مهم‌ترین ویژگی‌های امنیتی در سی شارپ شامل رمزنگاری داده‌ها، احراز هویت، کنترل دسترسی و محافظت در برابر حملات XSS و SQL Injection را بررسی کردیم. رعایت این اصول باعث افزایش امنیت برنامه‌ها و کاهش آسیب‌پذیری در برابر حملات سایبری می‌شود.

برنامه‌نویسی با استفاده از Reflection و متا برنامه‌نویسی در سی شارپ

Reflection یکی از ابزارهای پیشرفته در سی شارپ است که به شما اجازه می‌دهد ساختار کد را در زمان اجرا بررسی، تغییر و حتی ایجاد کنید. این قابلیت برای بررسی انواع داده‌ها، متدها، ویژگی‌ها و فیلدهای یک کلاس بسیار مفید است.

کاربردهای اصلی Reflection در سی شارپ:

بررسی ویژگی‌های کلاس و متدها در زمان اجرا ایجاد نمونه از کلاس‌ها به‌صورت داینامیک
فراخوانی متدها و دسترسی به فیلدها و خصوصیات کلاس‌ها
کار با Attributeها و خواندن داده‌های مربوط به آن‌ها
ساخت پلاگین‌های انعطاف‌پذیر که در زمان اجرا قابلیت بارگذاری و اجرا دارند

۱. استخراج اطلاعات کلاس در زمان اجرا

یکی از مهم‌ترین کاربردهای Reflection، دریافت اطلاعات مربوط به یک کلاس، متدها و ویژگی‌های آن در زمان اجرا است. این ویژگی برای ابزارهای دیباگ، لاگ‌گیری و توسعه فریمورک‌های انعطاف‌پذیر بسیار مفید است.

 مثال: دریافت نام تمام متدهای یک کلاس با استفاده از Reflection

using System;
using System.Reflection;

class Program
{
    static void Main()
    {
        Type type = typeof(string); // دریافت نوع داده string
        MethodInfo[] methods = type.GetMethods(); // دریافت متدهای کلاس

        foreach (MethodInfo method in methods)
        {
            Console.WriteLine(method.Name); // نمایش نام متدها
        }
    }
}

نکات کلیدی:

typeof(string) نوع داده را دریافت می‌کند.
GetMethods() لیستی از تمامی متدهای کلاس را بازمی‌گرداند.
این روش برای بررسی کلاس‌های ناشناخته و ماژول‌های پلاگینی بسیار مفید است.

۲. ایجاد نمونه از کلاس‌ها به‌صورت داینامیک

گاهی اوقات، لازم است یک نمونه از کلاس‌ها بدون دانستن نام آن‌ها در زمان کامپایل ایجاد کنیم. برای این کار، از Reflection و کلاس Activator استفاده می‌شود.

مثال: ایجاد نمونه از StringBuilder در زمان اجرا

using System;
using System.Reflection;

class Program
{
    static void Main()
    {
        Type type = Type.GetType("System.Text.StringBuilder"); // دریافت نوع کلاس
        object instance = Activator.CreateInstance(type); // ایجاد نمونه داینامیک
        Console.WriteLine("Instance created: " + instance.GetType().Name);
    }
}

نکات کلیدی:

Type.GetType(“System.Text.StringBuilder”) نام کلاس را از رشته دریافت می‌کند.
Activator.CreateInstance(type) نمونه‌ای از کلاس را ایجاد می‌کند.
این روش در ماژول‌های انعطاف‌پذیر، پلاگین‌ها و سیستم‌های مبتنی بر DI (Dependency Injection) بسیار کاربردی است.

۳. دریافت و تغییر مقادیر متغیرها و ویژگی‌های کلاس‌ها

Reflection به شما این امکان را می‌دهد که به فیلدها و ویژگی‌های یک کلاس دسترسی داشته باشید و مقدار آن‌ها را تغییر دهید.

مثال: دریافت و تغییر مقدار یک ویژگی خصوصی

using System;
using System.Reflection;

class Person
{
    private string name = "John Doe";
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Person person = new Person();
        Type type = typeof(Person);

        FieldInfo field = type.GetField("name", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance);
        field.SetValue(person, "Alice");

        Console.WriteLine("Updated name: " + field.GetValue(person));
    }
}

نکات کلیدی:

BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance برای دسترسی به فیلدهای خصوصی استفاده می‌شود.
SetValue() مقدار یک فیلد را تغییر می‌دهد.
کاربرد: این روش برای تست و اشکال‌زدایی (Debugging)، تغییر رفتار کلاس‌ها در زمان اجرا و هک کردن کدها بسیار مفید است.

۴. فراخوانی متدها در زمان اجرا

گاهی ممکن است نیاز باشد یک متد را بدون دانستن نام آن در زمان کامپایل اجرا کنیم. این کار با Invoke() امکان‌پذیر است.

مثال: اجرای یک متد داینامیک در سی شارپ

using System;
using System.Reflection;

class Person
{
    public void SayHello()
    {
        Console.WriteLine("Hello, Reflection!");
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Type type = typeof(Person);
        object instance = Activator.CreateInstance(type);

        MethodInfo method = type.GetMethod("SayHello");
        method.Invoke(instance, null); // اجرای متد
    }
}

نکات کلیدی:

GetMethod(“SayHello”) متد موردنظر را دریافت می‌کند.
Invoke(instance, null) متد را اجرا می‌کند.
کاربرد: مناسب برای ماژول‌های پلاگینی، سیستم‌های انعطاف‌پذیر و معماری‌های مبتنی بر Dependency Injection.

۵. کار با Attributeها در Reflection

Attributeها (ویژگی‌های متاداده‌ای) به شما اجازه می‌دهند اطلاعات اضافی درباره کلاس‌ها، متدها و ویژگی‌ها ذخیره کنید. با استفاده از Reflection می‌توان این اطلاعات را خواند و در منطق برنامه از آن‌ها استفاده کرد.

مثال: خواندن Attributeها در سی شارپ

using System;
using System.Reflection;

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class)]
class CustomAttribute : Attribute
{
    public string Info { get; }
    public CustomAttribute(string info) => Info = info;
}

[Custom("This is a sample class")]
class SampleClass {}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Type type = typeof(SampleClass);
        object[] attributes = type.GetCustomAttributes(false);

        foreach (CustomAttribute attr in attributes)
        {
            Console.WriteLine("Attribute Info: " + attr.Info);
        }
    }
}

نکات کلیدی:

AttributeUsage(AttributeTargets.Class) مشخص می‌کند که این Attribute روی کلاس‌ها اعمال شود.
GetCustomAttributes(false) لیست تمام Attributeهای کلاس را دریافت می‌کند.
کاربرد: مناسب برای ORMها (مانند Entity Framework)، سرویس‌های وب، تست‌های خودکار و فریمورک‌های مدرن.

۶. مزایا و معایب Reflection

مزایای استفاده از Reflection
امکان دریافت اطلاعات کلاس‌ها و متدها در زمان اجرا
قابلیت ایجاد نمونه از کلاس‌ها و اجرای متدها بدون دانستن نام آن‌ها در زمان کامپایل
مناسب برای ساخت پلاگین‌های انعطاف‌پذیر و ابزارهای توسعه‌ای

 معایب استفاده از Reflection

کاهش کارایی: Reflection نسبت به کد معمولی کندتر است.
پیچیدگی بیشتر: استفاده بیش از حد از Reflection می‌تواند باعث پیچیدگی و خطاهای غیرمنتظره شود.
مسائل امنیتی: امکان دسترسی به متغیرهای خصوصی و تغییر رفتار کلاس‌ها در زمان اجرا وجود دارد که ممکن است مشکلات امنیتی ایجاد کند.

Reflection و متا برنامه‌نویسی ابزارهای قدرتمندی در سی شارپ هستند که به شما اجازه می‌دهند ساختار کلاس‌ها را بررسی کنید، نمونه‌های داینامیک ایجاد کنید، متدها را اجرا کنید و داده‌های Attributeها را بخوانید. این قابلیت‌ها در ساخت فریمورک‌ها، ابزارهای تست، معماری‌های انعطاف‌پذیر و ماژول‌های پلاگینی بسیار کاربردی هستند.

کار با پردازش‌های پس‌زمینه و Task Parallel Library (TPL) در سی شارپ

در برنامه‌نویسی مدرن، پردازش‌های موازی و پس‌زمینه نقش کلیدی در بهبود عملکرد و بهینه‌سازی برنامه‌ها ایفا می‌کنند. سی شارپ قابلیت‌های قدرتمندی برای مدیریت وظایف هم‌زمان (Parallel Tasks)، پردازش‌های پس‌زمینه (Background Processing) و اجرای چندنخی (Multithreading) ارائه می‌دهد که از جمله آن‌ها می‌توان به Task Parallel Library (TPL) و کلاس‌های BackgroundWorker اشاره کرد.

۱. اهمیت پردازش‌های موازی و پس‌زمینه

افزایش کارایی و سرعت اجرای برنامه
جلوگیری از مسدود شدن (Blocking) رابط کاربری در برنامه‌های دسکتاپ و موبایل
بهبود عملکرد در پردازش‌های سنگین و طولانی‌مدت
امکان استفاده بهینه از چندین هسته پردازنده (Multi-Core CPUs)

۲. اجرای وظایف موازی با Task Parallel Library (TPL)

Task Parallel Library (TPL) یک ابزار بسیار قدرتمند برای مدیریت پردازش‌های هم‌زمان و موازی در سی شارپ است. TPL از کلاس Task و Parallel برای اجرای هم‌زمان چندین وظیفه استفاده می‌کند.

۲.۱. اجرای وظایف هم‌زمان با Task.Run()

در TPL می‌توان وظایف مستقل را به‌صورت موازی اجرا کرد.

مثال: اجرای دو وظیفه هم‌زمان با Task.Run()

using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        Task task1 = Task.Run(() => DoWork("Task 1"));
        Task task2 = Task.Run(() => DoWork("Task 2"));

        await Task.WhenAll(task1, task2);
    }

    static void DoWork(string name)
    {
        Console.WriteLine($"{name} is running.");
    }
}

 نکات کلیدی:

Task.Run(() => DoWork()) باعث اجرای وظایف به‌صورت موازی می‌شود.
await Task.WhenAll(task1, task2) منتظر می‌ماند تا تمام وظایف به پایان برسند.
اجرای وظایف بدون مسدود کردن پردازش اصلی برنامه انجام می‌شود.

۲.۲. اجرای چندین وظیفه به‌صورت حلقه‌ای با Parallel.ForEach()

اگر نیاز به پردازش چندین مورد به‌صورت موازی داشته باشیم، می‌توان از Parallel.ForEach() استفاده کرد.

مثال: پردازش لیستی از آیتم‌ها به‌صورت موازی

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<string> items = new List<string> { "Task 1", "Task 2", "Task 3", "Task 4" };

        Parallel.ForEach(items, item =>
        {
            Console.WriteLine($"{item} is processing on thread {Task.CurrentId}");
        });
    }
}

نکات کلیدی:

Parallel.ForEach() به‌صورت خودکار داده‌ها را بین چندین هسته پردازنده توزیع می‌کند.
این روش برای پردازش حجم زیادی از داده‌ها به‌صورت هم‌زمان بسیار کارآمد است.

۳. پردازش‌های پس‌زمینه با BackgroundWorker

BackgroundWorker یکی از روش‌های سنتی برای اجرای پردازش‌های پس‌زمینه در برنامه‌های WinForms و WPF است. این ابزار از یک Thread جداگانه برای پردازش داده‌ها استفاده می‌کند و باعث می‌شود که رابط کاربری مسدود نشود.

۳.۱. اجرای وظایف پس‌زمینه با BackgroundWorker

مثال: اجرای یک وظیفه در پس‌زمینه بدون مسدود کردن UI

using System;
using System.ComponentModel;

class Program
{
    static void Main()
    {
        BackgroundWorker worker = new BackgroundWorker();
        worker.DoWork += (sender, e) => Console.WriteLine("Background work in progress...");
        worker.RunWorkerAsync();
        Console.ReadLine();
    }
}

نکات کلیدی:

DoWork وظیفه را در یک نخ پس‌زمینه اجرا می‌کند.
RunWorkerAsync() پردازش را بدون مسدود کردن برنامه اصلی اجرا می‌کند.
مناسب برای پردازش‌هایی که نیاز به اجرای طولانی‌مدت دارند مانند دانلود فایل، پردازش داده‌ها و درخواست‌های شبکه‌ای.

۳.۲. به‌روزرسانی UI از پردازش‌های پس‌زمینه

در برنامه‌های دسکتاپ، اگر بخواهیم مقدار یک Label را در WinForms یا WPF از داخل BackgroundWorker تغییر دهیم، باید از Invoke() استفاده کنیم.

مثال: تغییر مقدار Label از داخل BackgroundWorker در WinForms

using System;
using System.ComponentModel;
using System.Windows.Forms;

public class MyForm : Form
{
    private Label statusLabel = new Label();
    private BackgroundWorker worker = new BackgroundWorker();

    public MyForm()
    {
        statusLabel.Text = "Processing...";
        this.Controls.Add(statusLabel);

        worker.DoWork += (sender, e) => System.Threading.Thread.Sleep(3000); // شبیه‌سازی پردازش
        worker.RunWorkerCompleted += (sender, e) => statusLabel.Text = "Completed!";
        
        worker.RunWorkerAsync();
    }

    [STAThread]
    static void Main()
    {
        Application.Run(new MyForm());
    }
}

نکات کلیدی:

RunWorkerCompleted برای به‌روزرسانی UI پس از اتمام پردازش استفاده می‌شود.
Thread.Sleep(3000) فقط برای شبیه‌سازی تأخیر پردازشی است.
کاربرد: مناسب برای برنامه‌های دسکتاپ که نیاز به اجرای عملیات سنگین در پس‌زمینه دارند.

نحوه ایجاد و استفاده از کدهای Unsafe در سی شارپ

سی شارپ به عنوان یک زبان سطح بالا و مدیریت‌شده (Managed) طراحی شده است، به این معنا که مدیریت حافظه به صورت خودکار توسط .NET Runtime انجام می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که امنیت حافظه بالا باشد و از مشکلاتی مانند نشت حافظه (Memory Leak)، دسترسی غیرمجاز به حافظه و مشکلات اشاره‌گرهای معیوب جلوگیری شود.

اما در برخی موارد، برنامه‌نویسان نیاز دارند که مستقیماً با حافظه کار کنند، مانند:

دسترسی مستقیم به حافظه برای بهینه‌سازی عملکرد برنامه
استفاده از کتابخانه‌های سطح پایین و APIهای بومی (مانند C و C++)
برنامه‌نویسی سطح پایین برای پردازش‌های حساس
در چنین مواردی، سی شارپ اجازه می‌دهد که از کدهای Unsafe استفاده کنیم که شامل اشاره‌گرها و عملیات سطح پایین روی حافظه است.

۱. مفهوم Unsafe در سی شارپ

در حالت عادی، سی شارپ از سیستم Garbage Collection برای مدیریت حافظه استفاده می‌کند. این سیستم وظیفه دارد حافظه‌های تخصیص داده‌شده را کنترل و در زمان مناسب آزاد کند.

کد Unsafe در سی شارپ:

• به شما اجازه می‌دهد که با اشاره‌گرها کار کنید
• برای بهینه‌سازی پردازش‌های سطح پایین استفاده می‌شود
•  امکان استفاده از کدهای سی و سی‌پلاس‌پلاس را در سی شارپ فراهم می‌کند

 اما استفاده از کد Unsafe ممکن است مشکلاتی ایجاد کند، مانند:

•  نشت حافظه اگر تخصیص و آزادسازی حافظه به درستی مدیریت نشود
• عدم بررسی نوع و دسترسی غیرمجاز به حافظه که ممکن است باعث خرابی برنامه شود
• غیرقابل اجرا بودن در محیط‌های محدود امنیتی مانند .NET Core Sandbox

نکته: برای اجرای کدهای unsafe باید تنظیمات پروژه را تغییر دهید و گزینه “Allow Unsafe Code” را فعال کنید.

۲. استفاده از اشاره‌گرها در Unsafe Code

یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های کد Unsafe در سی شارپ، استفاده از اشاره‌گرها (Pointers) است. اشاره‌گرها آدرس مستقیم متغیرها را در حافظه ذخیره می‌کنند و به شما اجازه می‌دهند که به‌طور مستقیم به داده‌ها دسترسی داشته باشید و آن‌ها را تغییر دهید.

۲.۱. تعریف یک اشاره‌گر ساده در Unsafe

مثال: کار با اشاره‌گرها در سی شارپ

using System;

class Program
{
    unsafe static void Main()
    {
        int number = 10;
        int* ptr = &number; // اشاره‌گر به متغیر عددی

        Console.WriteLine("Value: " + *ptr); // مقدار عددی
        Console.WriteLine("Address: " + (ulong)ptr); // آدرس در حافظه
    }
}

نکات کلیدی:

int* ptr = &number; یک اشاره‌گر به متغیر number ایجاد می‌کند.
*ptr مقدار متغیری که اشاره‌گر به آن اشاره دارد را برمی‌گرداند.
(ulong)ptr آدرس حافظه را نمایش می‌دهد.

کاربرد: این روش در برنامه‌نویسی سیستمی، پردازش سطح پایین و تعامل با سخت‌افزار استفاده می‌شود.

۳. کار با آرایه‌ها و اشاره‌گرها در Unsafe

اگر بخواهیم به عناصر یک آرایه به‌صورت مستقیم و بدون مدیریت خودکار حافظه دسترسی داشته باشیم، می‌توانیم از اشاره‌گرها استفاده کنیم.

۳.۱. دسترسی مستقیم به آرایه با اشاره‌گرها

مثال: تغییر مقادیر یک آرایه با استفاده از اشاره‌گرها

using System;

class Program
{
    unsafe static void Main()
    {
        int[] numbers = { 10, 20, 30, 40 };
        
        fixed (int* ptr = numbers) // ثابت نگه‌داشتن آدرس آرایه در حافظه
        {
            for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
            {
                Console.WriteLine($"Value at index {i}: {*(ptr + i)}"); // دسترسی به عناصر آرایه
            }
        }
    }
}

نکات کلیدی:

fixed برای تثبیت آدرس آرایه در حافظه استفاده می‌شود.
*(ptr + i) مقدار هر عنصر آرایه را بدون استفاده از اندیس‌گذاری معمولی برمی‌گرداند.
 کاربرد: این روش در پردازش‌های سطح پایین مانند گرافیک، پردازش سیگنال و الگوریتم‌های پردازش داده‌های حجیم استفاده می‌شود.

۴. تخصیص حافظه دستی با stackalloc

معمولاً حافظه در سی شارپ توسط Garbage Collector مدیریت می‌شود، اما در برخی موارد، می‌توان حافظه را مستقیماً روی Stack تخصیص داد تا سرعت بیشتری داشته باشد.

۴.۱. تخصیص آرایه در استک با stackalloc

مثال: تخصیص آرایه به صورت دستی در استک

using System;

class Program
{
    unsafe static void Main()
    {
        int* arr = stackalloc int[5]; // تخصیص حافظه در استک
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            arr[i] = i * 10; // مقداردهی به آرایه
            Console.WriteLine($"Value at index {i}: {arr[i]}");
        }
    }
}

نکات کلیدی:

stackalloc حافظه را مستقیماً در استک اختصاص می‌دهد و Garbage Collector روی آن نظارتی ندارد.
این روش بسیار سریع است اما فقط برای تخصیص‌های کوچک مناسب است.
کاربرد: این روش در برنامه‌های سطح پایین، پردازش گرافیکی و سیستم‌های بلادرنگ استفاده می‌شود.

۵. استفاده از کد Unsafe در کتابخانه‌های Native

گاهی اوقات نیاز است که با کتابخانه‌های نوشته شده در C یا C++ ارتباط برقرار کنیم. در این شرایط می‌توان از اشاره‌گرها و تخصیص دستی حافظه برای تعامل مستقیم با APIهای سیستمی و سخت‌افزار استفاده کرد.

مثال: فراخوانی تابعی از کتابخانه C با DllImport

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    [DllImport("kernel32.dll")]
    public static extern void RtlZeroMemory(IntPtr dest, int size);

    unsafe static void Main()
    {
        int* buffer = stackalloc int[10];
        RtlZeroMemory((IntPtr)buffer, 10 * sizeof(int)); // پاک کردن حافظه

        Console.WriteLine("Memory cleared.");
    }
}

نکات کلیدی:

DllImport برای فراخوانی توابع C/C++ در سی شارپ استفاده می‌شود.
stackalloc حافظه را بدون دخالت Garbage Collector تخصیص می‌دهد.
کاربرد: مناسب برای برنامه‌های سیستمی، درایورهای سخت‌افزاری و ارتباط با APIهای بومی.

 هشدار: استفاده نادرست از unsafe ممکن است باعث مشکلاتی مانند Crash شدن برنامه، نشت حافظه و خطاهای امنیتی شود. بنابراین فقط زمانی که نیاز به بهینه‌سازی سطح پایین دارید، از این قابلیت استفاده کنید!

نتیجه‌گیری

در این مقاله، مفاهیم و ابزارهای پیشرفته در سی شارپ را بررسی کردیم و به موضوعاتی مانند ویژگی‌های امنیتی، Reflection و متا برنامه‌نویسی، پردازش‌های پس‌زمینه و Task Parallel Library (TPL)، و نحوه ایجاد و استفاده از کدهای Unsafe پرداختیم. هر یک از این قابلیت‌ها، نقش مهمی در توسعه نرم‌افزارهای قدرتمند، بهینه و مقیاس‌پذیر دارند.

اگر به دنبال بهینه‌سازی عملکرد و افزایش کارایی برنامه‌های خود هستید، یادگیری و استفاده صحیح از مفاهیم پیشرفته در سی شارپ امری ضروری است. پردازش‌های موازی با TPL به شما کمک می‌کنند تا از تمامی هسته‌های پردازنده به بهترین شکل ممکن استفاده کنید، در حالی که Reflection و متا برنامه‌نویسی انعطاف‌پذیری بیشتری در طراحی فریمورک‌ها و ماژول‌های داینامیک فراهم می‌آورد. همچنین، استفاده از کدهای Unsafe امکان کنترل سطح پایین حافظه و تعامل با APIهای بومی را فراهم می‌کند که در برخی کاربردهای خاص مانند پردازش‌های سنگین و کار با سخت‌افزار بسیار مفید است.

با تسلط بر مفاهیم و ابزارهای پیشرفته در سی شارپ، می‌توانید برنامه‌هایی سریع‌تر، امن‌تر و کارآمدتر توسعه دهید که نه‌تنها عملکرد بالایی دارند، بلکه مقیاس‌پذیری مناسبی برای پروژه‌های بزرگ و پیچیده نیز ارائه می‌دهند.