字节流与结构、类之间的转换

字节流与结构、类之间的转换
2011年04月26日
　　1.  StructLayoutAttribute类
　　可将该属性应用于类或结构。
　　通常，公共语言运行库控制类或结构的数据字段在托管内存中的物理布局。如果类或结构需要按某种方式排列，则可以使用 StructLayoutAttribute。如果要将类传递给需要指定布局的非托管代码，则显式控制类布局是重要的。
　　参数说明
　　LayoutKind
　　LayoutKind  值之一，它指定类或结构的排列方式。
　　Sequential 对象的成员按照它们在被导出到非托管内存时出现的顺序依次布局。这些成员根据在StructLayoutAttribute.Pack中指定的封装进行布局，并且可以是不连续的。
　　Explicit 对象的各个成员在非托管内存中的精确位置被显式控制。每个成员必须使用 FieldOffsetAttribute 指示该字段在类型中的位置。
　　Auto 运行库自动为非托管内存中的对象的成员选择适当的布局。使用此枚举成员定义的对象不能在托管代码的外部公开。尝试这样做将引发异常。
　　CharSet
　　指示在默认情况下应如何将类中的字符串数据字段作为 LPWSTR 或 LPSTR 进行封送处理。
　　如果 CharSet 字段设置为 CharSet.Unicode，则所有字符串参数在传递到非托管实现之前都转换成 Unicode 字符(LPWSTR)。如果该字段设置为 CharSet.Ansi，则字符串将转换成 ANSI 字符串 (LPSTR)。如果 CharSet 字段设置为CharSet.Auto，则转换与平台相关（在 Windows NT、Windows 2000、Windows XP 和 Windows Server 2003 系列上为 Unicode；在 Windows 98 和 Windows Me 上为 ANSI）。
　　Pack
　　控制类或结构的数据字段在内存中的对齐方式。
　　此字段指示在指定 LayoutKind.Sequential 值时应使用的封装大小。Pack 的值必须为 0、1、2、4、8、16、32、64 或 128。值为 0 则指示封装对齐方式设置为当前平台的默认值。
　　Size
　　指示类或结构的绝对大小。
　　必须大于或等于所有成员的总和。此字段主要由编译器编写器使用，以指定类或结构的总大小（以字节为单位），而且在扩展由结构占用的内存（用于直接的非托管访问）时，此字段也很有用。例如，在使用未直接在元数据中表示的联合时可使用此字段。
　　示例
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size=16, CharSet=CharSet.Ansi)]  
　　public class MySystemTime   
　　{  
　　[FieldOffset(0)]public ushort wYear;   
　　[FieldOffset(2)]public ushort wMonth;  
　　[FieldOffset(4)]public ushort wDayOfWeek;   
　　[FieldOffset(6)]public ushort wDay;   
　　[FieldOffset(8)]public ushort wHour;   
　　[FieldOffset(10)]public ushort wMinute;   
　　[FieldOffset(12)]public ushort wSecond;   
　　[FieldOffset(14)]public ushort wMilliseconds;   
　　} 
　　[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size=16, CharSet=CharSet.Ansi)]
　　public class MySystemTime
　　{
　　[FieldOffset(0)]public ushort wYear;
　　[FieldOffset(2)]public ushort wMonth;
　　[FieldOffset(4)]public ushort wDayOfWeek;
　　[FieldOffset(6)]public ushort wDay;
　　[FieldOffset(8)]public ushort wHour;
　　[FieldOffset(10)]public ushort wMinute;
　　[FieldOffset(12)]public ushort wSecond;
　　[FieldOffset(14)]public ushort wMilliseconds;
　　}
　　2. MarshalAsAttribute类
　　可将该属性应用于参数、字段或返回值。
　　该属性为可选属性，因为每个数据类型都有默认的封送处理行为。仅在可以将给定类型封送到多个类型时需要此属性。例如，可将字符串作为 LPStr、LPWStr、LPTStr 或 BStr 封送到非托管代码。默认情况下，公共语言运行时将字符串参数作为 BStr 封送到 COM 方法。可将 MarshalAsAttribute 属性应用于个别的字段或参数，使该字符串作为 LPStr 而不是 BStr 进行封送。类型库导出程序 (Tlbexp.exe) 将封送处理首选项传递给公共语言运行时。
　　当用于 COM 互操作或平台调用时，某些参数和返回值将具有不同的默认封送处理行为。默认情况下，运行时将字符串参数（以及值类型中的字段）作为 LPStr 封送到平台调用方法或函数。有关更多信息，请参见 默认封送处理行为。
　　参数说明
　　UnmanagedType
　　数据将被作为该值封送。
　　在 System.Runtime.InteropServices.MarshalAsAttribute 中使用 UnmanagedType 枚举，以指定在与非托管代码进行交互的过程中如何对类型进行封送处理。可以使用此枚举对使用简单值类型（I1、I2、I4、I8、R4、R8、U2、U4 和 U8）、.NET Framework 中未提供的非托管类型以及各种杂项类型的代码进行封送处理。
　　SizeConst
　　指示固定长度数组中的元素数，或要导入的字符串中的字符（不是字节）数。
　　对于 System.Runtime.InteropServices.UnmanagedType 枚举的 ByValArray 和 ByValTStr 成员，此字段是必需的。因为元数据的压缩格式限制为 0x1FFFFFFF，所以 SizeConst 的允许值的范围为（>= 0 且 运行库验证不安全代码。
　　示例
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　// cs_unsafe_keyword.cs  
　　// compile with: /unsafe  
　　using System;  
　　class UnsafeTest  
　　{  
　　// Unsafe method: takes pointer to int:  
　　unsafe static void SquarePtrParam(int* p)  
　　{  
　　*p *= *p;  
　　}  
　　unsafe static void Main()  
　　{  
　　int i = 5;  
　　// Unsafe method: uses address-of operator (&):  
　　SquarePtrParam(&i);  
　　Console.WriteLine(i);  
　　}  
　　} 
　　// cs_unsafe_keyword.cs
　　// compile with: /unsafe
　　using System;
　　class UnsafeTest
　　{
　　// Unsafe method: takes pointer to int:
　　unsafe static void SquarePtrParam(int* p)
　　{
　　*p *= *p;
　　}
　　unsafe static void Main()
　　{
　　int i = 5;
　　// Unsafe method: uses address-of operator (&):
　　SquarePtrParam(&i);
　　Console.WriteLine(i);
　　}
　　}
　　5. fixed
　　fixed 语句禁止垃圾回收器重定位可移动的变量。fixed 语句只能出现在不安全的上下文中。
　　fixed 语句设置指向托管变量的指针，并在执行该语句期间“固定”此变量。如果没有 fixed 语句，则指向可移动托管变量的指针的作用很小，因为垃圾回收可能不可预知地重定位变量。C# 编译器只允许在 fixed 语句中分配指向托管变量的指针。
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　unsafe static void TestMethod()  
　　{  
　　// assume class Point { public int x, y; }  
　　// pt is a managed variable, subject to garbage collection.  
　　Point pt = new Point();  
　　// Using fixed allows the address of pt members to be  
　　// taken, and "pins" pt so it isn't relocated.  
　　fixed (int* p = &pt.x)  
　　{  
　　*p = 1;  
　　}          
　　} 
　　unsafe static void TestMethod()
　　{
　　// assume class Point { public int x, y; }
　　// pt is a managed variable, subject to garbage collection.
　　Point pt = new Point();
　　// Using fixed allows the address of pt members to be
　　// taken, and "pins" pt so it isn't relocated.
　　fixed (int* p = &pt.x)
　　{
　　*p = 1;
　　}       
　　}
　　可以用数组或字符串的地址初始化指针：
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　unsafe void Test2()  
　　{  
　　Point point = new Point();  
　　double[] arr = { 0, 1.5, 2.3, 3.4, 4.0, 5.9 };  
　　string str = "Hello World";  
　　fixed (double* p = arr) { /*...*/ }   // equivalent to p = &arr[0]  
　　fixed (char* p = str) { /*...*/ }  // equivalent to p = &str[0]  
　　fixed (int* p1 = &point.x)  
　　{  
　　fixed (double* p2 = &arr[5])  
　　{  
　　// Do something with p1 and p2.  
　　}  
　　}  
　　} 
　　unsafe void Test2()
　　{
　　Point point = new Point();
　　double[] arr = { 0, 1.5, 2.3, 3.4, 4.0, 5.9 };
　　string str = "Hello World";
　　fixed (double* p = arr) { /*...*/ }   // equivalent to p = &arr[0]
　　fixed (char* p = str) { /*...*/ }  // equivalent to p = &str[0]
　　fixed (int* p1 = &point.x)
　　{
　　fixed (double* p2 = &arr[5])
　　{
　　// Do something with p1 and p2.
　　}
　　}
　　}
　　只要指针的类型相同，就可以初始化多个指针：
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　fixed (byte* ps = srcarray, pd = dstarray) {...} 
　　fixed (byte* ps = srcarray, pd = dstarray) {...}
　　示例
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　class Point  
　　{   
　　public int x, y;   
　　}  
　　class FixedTest2   
　　{  
　　// Unsafe method: takes a pointer to an int.  
　　unsafe static void SquarePtrParam (int* p)   
　　{  
　　*p *= *p;  
　　}  
　　unsafe static void Main()   
　　{  
　　Point pt = new Point();  
　　pt.x = 5;  
　　pt.y = 6;  
　　// Pin pt in place:  
　　fixed (int* p = &pt.x)   
　　{  
　　SquarePtrParam (p);  
　　}  
　　// pt now unpinned  
　　Console.WriteLine ("{0} {1}", pt.x, pt.y);  
　　}  
　　}  
　　/* 
　　Output: 
　　25 6 
　　*/ 
　　class Point
　　{
　　public int x, y;
　　}
　　class FixedTest2
　　{
　　// Unsafe method: takes a pointer to an int.
　　unsafe static void SquarePtrParam (int* p)
　　{
　　*p *= *p;
　　}
　　unsafe static void Main()
　　{
　　Point pt = new Point();
　　pt.x = 5;
　　pt.y = 6;
　　// Pin pt in place:
　　fixed (int* p = &pt.x)
　　{
　　SquarePtrParam (p);
　　}
　　// pt now unpinned
　　Console.WriteLine ("{0} {1}", pt.x, pt.y);
　　}
　　}
　　/*
　　Output:
　　25 6
　　*/
　　Fixed 还可用于创建固定大小的缓冲区。
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　public struct MyArray // This code must appear in an unsafe block  
　　{  
　　public fixed char pathName[128];  
　　} 
　　public struct MyArray // This code must appear in an unsafe block
　　{
　　public fixed char pathName[128];
　　}
　　在此结构中，pathName 数组具有固定的大小和位置，因此可用在其他不安全的代码中。
　　128 个元素的 char 数组的大小为 256 字节。在固定大小的 char 缓冲区中，每个字符始终占用两个字节，而与编码无关。即使将 char 缓冲区封送到具有 CharSet = CharSet.Auto 或 CharSet = CharSet.Ansi 的 API 方法或结构，也是如此。有关更多信息，请参见 CharSet。
　　另一种常见的固定大小的数组是 bool 数组。bool 数组中的元素的大小始终为一个字节。bool 数组不适合用于创建位数组或位缓冲区。
　　说明： 
　　除了用 stackalloc 创建的内存之外，C# 编译器和公共语言运行时 (CLR) 不执行任何安全缓冲区溢出检查。与所有不安全代码一样，请谨慎使用。
　　不安全缓冲区与常规数组在以下方面不同：
　　不安全缓冲区只能用在不安全上下文中。
　　不安全缓冲区始终是向量（或一维数组）。
　　数组的声明应包括计数，如 char id[8]。而不能使用 char id[]。
　　不安全缓冲区只能是不安全上下文中的结构的实例字段。
　　6. stackalloc
　　stackalloc 关键字用于不安全的代码上下文中，以便在堆栈上分配内存块。
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　int* fib = stackalloc int[100]; 
　　int* fib = stackalloc int[100];
　　下面的示例输出斐波那契数列的 100 个数字，其中每个数字都是前两个数字之和。在代码中，大小足够容纳 100 个 int 类型元素的内存块是在堆栈上分配的，而不是在堆上分配的。该块的地址存储在 fib 指针中。此内存不受垃圾回收的制约，因此不必将其钉住（通过使用 fixed）。内存块的生存期受限于定义它的方法的生存期。不能在方法返回之前释放内存。
　　stackalloc 仅在局部变量的初始值设定项中有效。
　　由于涉及指针类型，因此 stackalloc 要求不安全上下文。有关更多信息，请参见 不安全代码和指针（C# 编程指南）。
　　stackalloc 类似于 C 运行时中的 _alloca。
　　不安全代码的安全性低于安全替代代码。但是，通过使用 stackalloc 可以自动启用公共语言运行时 (CLR) 中的缓冲区溢出检测功能。如果检测到缓冲区溢出，进程将尽快终止，以最大限度地减小执行恶意代码的机会。
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　class Test  
　　{  
　　static unsafe void Main()  
　　{  
　　const int arraySize = 20;  
　　int* fib = stackalloc int[arraySize];  
　　int* p = fib;  
　　*p++ = 1;  
　　for (int i = 2; i < arraySize; ++i, ++p)  
　　{  
　　// Sum the previous two numbers.  
　　*p = p[-1] + p[-2];  
　　}  
　　for (int i = 0; i < arraySize - 1; ++i)  
　　{  
　　Console.WriteLine(fib);  
　　}  
　　// Keep the console window open in debug mode.  
　　System.Console.WriteLine("Press any key to exit.");  
　　System.Console.ReadKey();  
　　}  
　　}  
　　/* 
　　Output 
　　1 
　　1 
　　2 
　　3 
　　5 
　　8 
　　13 
　　21 
　　34 
　　55 
　　89 
　　144 
　　233 
　　377 
　　610 
　　987 
　　1597 
　　2584 
　　4181 
　　*/ 
　　class Test
　　{
　　static unsafe void Main()
　　{
　　const int arraySize = 20;
　　int* fib = stackalloc int[arraySize];
　　int* p = fib;
　　*p++ = 1;
　　for (int i = 2; i < arraySize; ++i, ++p)
　　{
　　// Sum the previous two numbers.
　　*p = p[-1] + p[-2];
　　}
　　for (int i = 0; i < arraySize - 1; ++i)
　　{
　　Console.WriteLine(fib);
　　}
　　// Keep the console window open in debug mode.
　　System.Console.WriteLine("Press any key to exit.");
　　System.Console.ReadKey();
　　}
　　}
　　/*
　　Output
　　1
　　1
　　2
　　3
　　5
　　8
　　13
　　21
　　34
　　55
　　89
　　144
　　233
　　377
　　610
　　987
　　1597
　　2584
　　4181
　　*/
　　--------------------------------------------------------------------------------
　　字节流与结构、类之间的转换
　　实际案例
　　view plaincopy to clipboardprint?
　　using System;  
　　using System.Collections.Generic;  
　　using System.IO;  
　　using System.Text;  
　　using System.Runtime.InteropServices;  
　　namespace ConsoleApplication1  
　　{  
　　[StructLayout(LayoutKind.Sequential,CharSet=CharSet.Ansi,Pack=1)]  
　　public struct ConfigInfo  
　　{  
　　public int i;  
　　public short s;  
　　public byte c;  
　　//public fixed byte str[10];  
　　//public string GetStr() {  
　　//    fixed (byte* p = str) {  
　　//        return Marshal.PtrToStringAnsi((IntPtr)p);  
　　//    }  
　　//}  
　　[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 11)]  
　　public string str;  
　　}  
　　class Program  
　　{  
　　static void Main(string[] args)  
　　{  
　　FileStream f = new FileInfo(@"e:\test.dat").OpenRead();  
　　byte[] data = new byte[17];  
　　f.Read(data, 0, 17);  
　　f.Close();  
　　unsafe {  
　　fixed (byte* pContext = data) {  
　　ConfigInfo info = (ConfigInfo)Marshal.PtrToStructure((IntPtr)pContext, typeof(ConfigInfo));  
　　Console.WriteLine(info.str);  
　　}  
　　}  
　　Console.ReadLine();  
　　}  
　　}  
　　}