C# 不安全值类型数组到字节数组的转换

Question

我使用扩展方法将 float 组转换为字节数组:

public static unsafe byte[] ToByteArray(this float[] floatArray, int count)
{
    int arrayLength = floatArray.Length > count ? count : floatArray.Length;
    byte[] byteArray = new byte[4 * arrayLength];
    fixed (float* floatPointer = floatArray)
    {
        fixed (byte* bytePointer = byteArray)
        {
            float* read = floatPointer;
            float* write = (float*)bytePointer;
            for (int i = 0; i < arrayLength; i++)
            {
                *write++ = *read++;
            }
        }
    }
    return byteArray;
}

据我所知，数组是指向与元素类型和数量信息相关联的内存的指针。另外，在我看来，如果不像上面那样复制数据，就无法进行字节数组的转换。

我明白了吗？在不复制数据的情况下，甚至不可能编写 IL 从指针、类型和长度创建数组吗？

编辑:感谢您的回答，我学到了一些基础知识并开始尝试新技巧!

最初接受戴维·兰德曼 (Davy Landman) 的回答后，我发现虽然他出色的 StructLayout hack 确实可以将字节数组转换为 float 组，但反过来却行不通。演示:

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct UnionArray
{
    [FieldOffset(0)]
    public Byte[] Bytes;

    [FieldOffset(0)]
    public float[] Floats;
}

static void Main(string[] args)
{
    // From bytes to floats - works
    byte[] bytes = { 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 };
    UnionArray arry = new UnionArray { Bytes = bytes };
    for (int i = 0; i < arry.Bytes.Length / 4; i++)
        Console.WriteLine(arry.Floats[i]);

    // From floats to bytes - index out of range
    float[] floats = { 0.1f, 0.2f, 0.3f };
    arry = new UnionArray { Floats = floats };
    for (int i = 0; i < arry.Floats.Length * 4; i++)
        Console.WriteLine(arry.Bytes[i]);
}

似乎 CLR 认为两个数组具有相同的长度。如果结构是从 float 据创建的，字节数组的长度就太短了。

Answer 1

你可以使用一个非常丑陋的 hack，通过内存操作将你的数组临时更改为 byte[]。

这非常快速且高效，因为它不需要克隆数据并对其进行迭代。

我在 32 位和 64 位操作系统中测试了这个 hack，所以它应该是可移植的。

源代码+示例使用维护在https://gist.github.com/1050703 ，但为了您的方便，我也将其粘贴在这里:

public static unsafe class FastArraySerializer
{
    [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
    private struct Union
    {
        [FieldOffset(0)] public byte[] bytes;
        [FieldOffset(0)] public float[] floats;
    }

    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
    private struct ArrayHeader
    {
        public UIntPtr type;
        public UIntPtr length;
    }

    private static readonly UIntPtr BYTE_ARRAY_TYPE;
    private static readonly UIntPtr FLOAT_ARRAY_TYPE;

    static FastArraySerializer()
    {
        fixed (void* pBytes = new byte[1])
        fixed (void* pFloats = new float[1])
        {
            BYTE_ARRAY_TYPE = getHeader(pBytes)->type;
            FLOAT_ARRAY_TYPE = getHeader(pFloats)->type;
        }
    }

    public static void AsByteArray(this float[] floats, Action<byte[]> action)
    {
        if (floats.handleNullOrEmptyArray(action)) 
            return;

        var union = new Union {floats = floats};
        union.floats.toByteArray();
        try
        {
            action(union.bytes);
        }
        finally
        {
            union.bytes.toFloatArray();
        }
    }

    public static void AsFloatArray(this byte[] bytes, Action<float[]> action)
    {
        if (bytes.handleNullOrEmptyArray(action)) 
            return;

        var union = new Union {bytes = bytes};
        union.bytes.toFloatArray();
        try
        {
            action(union.floats);
        }
        finally
        {
            union.floats.toByteArray();
        }
    }

    public static bool handleNullOrEmptyArray<TSrc,TDst>(this TSrc[] array, Action<TDst[]> action)
    {
        if (array == null)
        {
            action(null);
            return true;
        }

        if (array.Length == 0)
        {
            action(new TDst[0]);
            return true;
        }

        return false;
    }

    private static ArrayHeader* getHeader(void* pBytes)
    {
        return (ArrayHeader*)pBytes - 1;
    }

    private static void toFloatArray(this byte[] bytes)
    {
        fixed (void* pArray = bytes)
        {
            var pHeader = getHeader(pArray);

            pHeader->type = FLOAT_ARRAY_TYPE;
            pHeader->length = (UIntPtr)(bytes.Length / sizeof(float));
        }
    }

    private static void toByteArray(this float[] floats)
    {
        fixed(void* pArray = floats)
        {
            var pHeader = getHeader(pArray);

            pHeader->type = BYTE_ARRAY_TYPE;
            pHeader->length = (UIntPtr)(floats.Length * sizeof(float));
        }
    }
}

用法是:

var floats = new float[] {0, 1, 0, 1};
floats.AsByteArray(bytes =>
{
    foreach (var b in bytes)
    {
        Console.WriteLine(b);
    }
});