C#でUnionを実装する方法

一.基础篇 C#不像C++,他本身是没有联合Union的，但是可以通过手动控制结构体每个元素的位置来实现，这需要结合使用 StructLayoutAttribute、LayoutKind以及FieldOffsetAttribute 。使用它们的时候必须引用System.Runtime.InteropServices下面是我写的模拟U的

一.基础篇

        C#不像C++,他本身是没有联合Union的，但是可以通过手动控制结构体每个元素的位置来实现，这需要结合使用StructLayoutAttribute、LayoutKind以及FieldOffsetAttribute。使用它们的时候必须引用System.Runtime.InteropServices下面是我写的模拟U的联合。

[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = <span style="color: #800080;">4</span><span style="color: #000000;">)]
</span><span style="color: #0000ff;">struct</span><span style="color: #000000;"> U
{
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">byte</span><span style="color: #000000;"> b0;
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">1</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">byte</span><span style="color: #000000;"> b1;
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">2</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">byte</span><span style="color: #000000;"> b2;
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">3</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">byte</span><span style="color: #000000;"> b3;
 
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> i;
 
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">float</span><span style="color: #000000;"> f;
}</span>

        我们知道联合中每个数据成员都在相同的内存地址开始，所以我们要通过[FieldOffset(0)]应用到U的每一个成员，意思就是让这些成员处于同一个开始位置。当然，我们得事先告诉.NET这些成员的内存布局由我们来作主，所以要使用LayoutKind.Explicit枚举然后传递给StructLayoutAttribute，并应用到U上,这样.Net就不会再干涉该struct的成员在内存中的布局了。并且我定义了U的Size为12，当然你也可以不定义U的Size。

而且使用联合进行数据转换比BitConverter要快。测试用例如下：

<span style="color: #000000;">{
    DateTime past </span>=<span style="color: #000000;"> DateTime.Now;
    </span><span style="color: #0000ff;">int</span> length = <span style="color: #800080;">500000</span> * <span style="color: #800080;">3</span> * <span style="color: #800080;">3</span><span style="color: #000000;">;
    </span><span style="color: #0000ff;">for</span> (<span style="color: #0000ff;">int</span> i = <span style="color: #800080;">0</span>; i &lt; length; i++<span style="color: #000000;">)
    {
        U a </span>= <span style="color: #0000ff;">new</span><span style="color: #000000;"> U();
        a.b0 </span>= <span style="color: #800080;">0xFF</span><span style="color: #000000;">;
        a.b1 </span>= <span style="color: #800080;">0xFF</span><span style="color: #000000;">;
        </span><span style="color: #0000ff;">int</span> res =<span style="color: #000000;"> a.i;
    }
    DateTime now </span>=<span style="color: #000000;"> DateTime.Now;
    Console.WriteLine((now </span>-<span style="color: #000000;"> past));
}
 
{
    DateTime past </span>=<span style="color: #000000;"> DateTime.Now;
    </span><span style="color: #0000ff;">int</span> length = <span style="color: #800080;">500000</span> * <span style="color: #800080;">3</span> * <span style="color: #800080;">3</span><span style="color: #000000;">;
    </span><span style="color: #0000ff;">for</span> (<span style="color: #0000ff;">int</span> i = <span style="color: #800080;">0</span>; i &lt; length; i++<span style="color: #000000;">)
    {
        </span><span style="color: #0000ff;">byte</span>[] a = { <span style="color: #800080;">0xFF</span>, <span style="color: #800080;">0x0F</span>, <span style="color: #800080;">0x0F</span>, <span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;"> };
        </span><span style="color: #0000ff;">object</span> b =<span style="color: #000000;"> a;
        </span><span style="color: #0000ff;">int</span> res = BitConverter.ToInt32(a, <span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">);
    }
    DateTime now </span>=<span style="color: #000000;"> DateTime.Now;
    Console.WriteLine((now </span>-<span style="color: #000000;"> past));
}</span>

二.进阶篇

之前的方法还存在好多问题，比如数组没法放入联合中，会提示值和引用冲突什么的。

今天又研究了一下，利用C#中可以使用指针的特性，结合unsafe和fixed，实现数组类型和普通值类型的共存。

方法①  数组类型和普通值类型的共存——固定大小的缓冲区

利用固定大小的缓冲区（fixed）实现数组类型和普通值类型的共存

[StructLayoutAttribute(LayoutKind.Explicit, Pack = <span style="color: #800080;">1</span><span style="color: #000000;">)]
</span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">unsafe</span> <span style="color: #0000ff;">struct</span><span style="color: #000000;"> A
{
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> a;
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">byte</span><span style="color: #000000;"> b;
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">float</span><span style="color: #000000;"> c;
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">fixed</span> <span style="color: #0000ff;">byte</span> arr[<span style="color: #800080;">9</span><span style="color: #000000;">];
};</span>

方法②  结构体转字节数组——1).使用联合 2).使用指针强制转换

1).使用联合，利用一个和原结构体等长的fixed byte buff[n]，这个buff就是我们要的直接数组，访问时需要通过fixed (byte* ta = a.buff) {}来访问。

[StructLayoutAttribute(LayoutKind.Explicit, Pack = <span style="color: #800080;">1</span><span style="color: #000000;">)]
</span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">unsafe</span> <span style="color: #0000ff;">struct</span><span style="color: #000000;"> A
{
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> a;
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">4</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">byte</span><span style="color: #000000;"> b;
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">5</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">float</span><span style="color: #000000;"> c;
    [FieldOffset(</span><span style="color: #800080;">0</span><span style="color: #000000;">)]
    </span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">fixed</span> <span style="color: #0000ff;">byte</span> buff[<span style="color: #800080;">9</span><span style="color: #000000;">];
};</span>

2).直接使用指针强制转换，通过fixed，先将结构体转换为void *，再将其转化为byte* b。

<span style="color: #0000ff;">fixed</span> (<span style="color: #0000ff;">void</span> * ta = &<span style="color: #000000;">a)
{
    </span><span style="color: #0000ff;">byte</span>* b = (<span style="color: #0000ff;">byte</span>*<span style="color: #000000;">)ta ;
}</span>

3).最后通过IntPtr拷贝到C#标准的byte[]中。

<span style="color: #0000ff;">byte</span>[] Dbuff = <span style="color: #0000ff;">new</span> <span style="color: #0000ff;">byte</span>[<span style="color: #800080;">9</span><span style="color: #000000;">];
IntPtr pstart </span>= <span style="color: #0000ff;">new</span><span style="color: #000000;"> IntPtr(a);
Marshal.Copy(pstart, Dbuff, </span><span style="color: #800080;">0</span>, <span style="color: #800080;">9</span>);