C#能否仅用原生代码将对象引用重解释为nint原生整数？

免责声明：我知晓此操作属于不安全操作且为不良实践，仅想确认其是否具备可行性。

核心需求为将对象引用转换为nint（即IntPtr），二者内存占用大小与平台指针宽度一致，理论上具备实现基础。目前已通过DynamicMethod实现该效果，对应代码如下：

DynamicMethod dyn = new DynamicMethod("", typeof(nint), new[] { typeof(object) });
ILGenerator il = dyn.GetILGenerator();
il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
il.Emit(OpCodes.Ret);
Func<object, nint> objectToIntFunction = (Func<object, nint>)dyn.CreateDelegate(typeof(Func<object, nint>));
object obj = new object();
nint asNativeInt = objectToIntFunction(obj);

需要确认是否可以仅使用C#代码实现该转换，在System.Runtime.CompilerServices.Unsafe中暂未找到适用方法。

此前尝试过显式内存布局结构体的实现方案，代码如下：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct Cast
{
    [FieldOffset(0)]
    public nint Number;
    [FieldOffset(0)]
    public object Object;
};

Cast cast = new Cast
{
    Object = obj
};
nint number = cast.Number;

运行时触发如下错误：

System.TypeLoadException: 无法从程序集加载类型“Cast”，因为该类型在偏移量为0的位置包含对象字段，该字段未正确对齐，或与非对象字段重叠。

问题解答 #

显式布局结构体报错原因 #

.NET运行时会对所有自定义类型做布局校验，禁止GC可追踪的引用类型字段和非引用类型（值类型、指针类型）字段内存重叠。GC扫描内存时需要精准识别每个位置是否为对象引用，如果允许引用和nint重叠，GC可能把普通整数值误判为对象引用做追踪，引发内存损坏，因此运行时会直接拒绝加载这类违规类型，没有绕过空间。

纯C#实现方案 #

不需要手动写IL生成DynamicMethod，纯C#可以实现同等效果，分两种场景：

1. 允许开启unsafe编译选项（最简洁，和DynamicMethod逻辑完全一致）
   直接取参数存储位置的引用值即可，本质和IL里直接返回ldarg.0的逻辑完全相同：

static unsafe nint ObjectToNint(object obj)
{
    return *(nint*)&obj;
}

调用方法和之前DynamicMethod生成的委托完全一致，拿到的就是当前时刻对象在托管堆上的内存地址。

2. 不开启unsafe上下文
   可以借助System.Runtime.CompilerServices.Unsafe类实现，不需要写指针代码：

using System.Runtime.CompilerServices;

static nint ObjectToNint(object obj)
{
    return Unsafe.ReadUnaligned<nint>(ref Unsafe.As<object, byte>(ref obj));
}

如果需要长期持有地址不失效，必须用GCHandle固定对象，否则GC触发堆压缩时移动对象，之前拿到的地址就会变成野指针：

object obj = new object();
GCHandle handle = GCHandle.Alloc(obj, GCHandleType.Pinned);
// 固定后拿到的地址在调用Free前不会变化
nint stablePtr = handle.AddrOfPinnedObject();
// 使用完成后必须释放，否则会造成内存泄漏、GC性能下降
handle.Free();

注意事项 #

• 未固定对象时拿到的nint是瞬时值，任何GC发生后都可能失效，直接访问会触发内存访问违规
• 固定对象会影响GC堆内存压缩效率，长期固定大量对象会严重降低程序性能
• 该操作属于明确的不安全实践，仅可用于可行性验证，禁止在生产环境使用

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mr Anderson