Преобразование небезопасного типа значения C # из массива в массив байтов

Question

Я использую метод расширения для преобразования массивов с плавающей запятой в массивы байтов:

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;
}

Я понимаю, что массив - это указатель на память, связанный с информацией о типе и количестве элементов.Кроме того, мне кажется, что нет способа выполнить преобразование из массива байтов и в него без копирования данных, как указано выше.

Правильно ли я это понял?Было бы даже невозможно написать IL для создания массива из указателя, типа и длины без копирования данных?

Редактировать: Спасибо за ответы, я изучил некоторые основы и смог опробовать новые трюки!

После первоначального принятия ответа Дэви Лэндмана я обнаружил, что, хотя его блестящий взлом StructLayout преобразует массивы байтов в массивы с плавающей точкой, это не работает наоборот.Чтобы продемонстрировать:

[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]);
}

Похоже, что среда CLR рассматривает оба массива как имеющие одинаковую длину.Если структура создается из данных с плавающей запятой, длина массива байтов просто слишком мала.

Answer 1

Да, информация о типе и данные находятся в одном блоке памяти, так что это невозможно, если только вы не перепишете информацию о типе в массив с плавающей точкой, чтобы обмануть систему, что это массив байтов.Это был бы действительно уродливый взлом, и он мог бы легко сорваться...

Вот как вы можете преобразовать значения с плавающей точкой без небезопасного кода, если хотите:

public static byte[] ToByteArray(this float[] floatArray) {
    int len = floatArray.Length * 4;
    byte[] byteArray = new byte[len];
    int pos = 0;
    foreach (float f in floatArray) {
        byte[] data = BitConverter.GetBytes(f);
        Array.Copy(data, 0, byteArray, pos, 4);
        pos += 4;
    }
    return byteArray;
}

Answer 2

Вы можете использовать действительно уродливый хак, чтобы временно изменить ваш массив на byte [], используя манипуляции с памятью.

Это действительно быстро и эффективно, поскольку не требует клонирования данных и итерации по ним.

Я тестировал этот хак как в 32, так и в 64-разрядных ОС, поэтому он должен быть переносимым.

Использование исходного кода + образца поддерживается на https://gist.github.com/1050703 , но для вашего удобства я вставлю это и сюда:

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));
        }
    }
}

И использование таково:

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

Answer 3

Этот вопрос является обратной стороной Какой самый быстрый способ преобразовать значение с плавающей точкой [] в байт []?.

Я ответил с профсоюзный вид взлома чтобы пропустить полное копирование данных.Вы могли бы легко изменить это (length = длина * sizeof(Двойной).

Answer 4

Я написал нечто подобное для быстрого преобразования между массивами.По сути, это скорее уродливое подтверждение концепции, чем красивое решение.;)

public static TDest[] ConvertArray<TSource, TDest>(TSource[] source)
    where TSource : struct
    where TDest : struct {

    if (source == null)
        throw new ArgumentNullException("source");

        var sourceType = typeof(TSource);
        var destType = typeof(TDest);

        if (sourceType == typeof(char) || destType == typeof(char))
            throw new NotSupportedException(
                "Can not convert from/to a char array. Char is special " +
                "in a somewhat unknown way (like enums can't be based on " +
                "char either), and Marshal.SizeOf returns 1 even when the " +
                "values held by a char can be above 255."
            );

        var sourceByteSize = Buffer.ByteLength(source);
        var destTypeSize = Marshal.SizeOf(destType);
        if (sourceByteSize % destTypeSize != 0)
            throw new Exception(
                "The source array is " + sourceByteSize + " bytes, which can " +
                "not be transfered to chunks of " + destTypeSize + ", the size " +
                "of type " + typeof(TDest).Name + ". Change destination type or " +
                "pad the source array with additional values."
            );

        var destCount = sourceByteSize / destTypeSize;
        var destArray = new TDest[destCount];

        Buffer.BlockCopy(source, 0, destArray, 0, sourceByteSize);

        return destArray;
    }
}

Answer 5

    public byte[] ToByteArray(object o)
    {
        int size = Marshal.SizeOf(o);
        byte[] buffer = new byte[size];
        IntPtr p = Marshal.AllocHGlobal(size);
        try
        {
            Marshal.StructureToPtr(o, p, false);
            Marshal.Copy(p, buffer, 0, size);
        }
        finally
        {
            Marshal.FreeHGlobal(p);
        }
        return buffer;
    }

это может помочь вам преобразовать объект в массив байтов.

Answer 6

Вам следует проверить мой ответ на аналогичный вопрос: Какой самый быстрый способ преобразовать значение с плавающей точкой [] в байт []?.

В нем вы найдете переносимый код (совместимый с 32/64 битами), позволяющий просматривать массив с плавающей точкой как массив байтов или наоборот, без копирования данных.Это самый быстрый способ, который я знаю, сделать что-то подобное.

Если вас просто интересует код, он поддерживается по адресу https://gist.github.com/1050703 .

Answer 7

Что ж - если вы все еще заинтересованы в этом взломе - ознакомьтесь с этим измененным кодом - он работает как шарм и стоит ~ 0 времени, но он может не сработать в будущем, поскольку это взлом, позволяющий получить полный доступ ко всему адресному пространству процесса без требований доверия и небезопасных меток.

    [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
    struct ArrayConvert
    {
        public static byte[] GetBytes(float[] floats)
        {
            ArrayConvert ar = new ArrayConvert();
            ar.floats = floats;
            ar.length.val = floats.Length * 4;
            return ar.bytes;
        }
        public static float[] GetFloats(byte[] bytes)
        {
            ArrayConvert ar = new ArrayConvert();
            ar.bytes = bytes;
            ar.length.val = bytes.Length / 4;
            return ar.floats;
        }

        public static byte[] GetTop4BytesFrom(object obj)
        {
            ArrayConvert ar = new ArrayConvert();
            ar.obj = obj;
            return new byte[]
            {
                ar.top4bytes.b0,
                ar.top4bytes.b1,
                ar.top4bytes.b2,
                ar.top4bytes.b3
            };
        }
        public static byte[] GetBytesFrom(object obj, int size)
        {
            ArrayConvert ar = new ArrayConvert();
            ar.obj = obj;
            ar.length.val = size;
            return ar.bytes;
        }

        class ArrayLength
        {
            public int val;
        }
        class Top4Bytes
        {
            public byte b0;
            public byte b1;
            public byte b2;
            public byte b3;
        }

        [FieldOffset(0)]
        private Byte[] bytes;
        [FieldOffset(0)]
        private object obj;
        [FieldOffset(0)]
        private float[] floats;

        [FieldOffset(0)]
        private ArrayLength length;

        [FieldOffset(0)]
        private Top4Bytes top4bytes;
    }