C#联合Union的实现方式

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 = 4)]
struct U
{
    [FieldOffset(0)]
    public byte b0;
    [FieldOffset(1)]
    public byte b1;
    [FieldOffset(2)]
    public byte b2;
    [FieldOffset(3)]
    public byte b3;
 
    [FieldOffset(0)]
    public int i;
 
    [FieldOffset(0)]
    public float f;
}

        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：

{
    DateTime past = DateTime.Now;
    int length = 500000 * 3 * 3;
    for (int i = 0; i < length; i++)
    {
        U a = new U();
        a.b0 = 0xFF;
        a.b1 = 0xFF;
        int res = a.i;
    }
    DateTime now = DateTime.Now;
    Console.WriteLine((now - past));
}
 
{
    DateTime past = DateTime.Now;
    int length = 500000 * 3 * 3;
    for (int i = 0; i < length; i++)
    {
        byte[] a = { 0xFF, 0x0F, 0x0F, 0 };
        object b = a;
        int res = BitConverter.ToInt32(a, 0);
    }
    DateTime now = DateTime.Now;
    Console.WriteLine((now - past));
}

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 = 1)]
public unsafe struct A
{
    [FieldOffset(0)]
    public int a;
    [FieldOffset(0)]
    public byte b;
    [FieldOffset(0)]
    public float c;
    [FieldOffset(0)]
    public fixed byte arr[9];
};

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 = 1)]
public unsafe struct A
{
    [FieldOffset(0)]
    public int a;
    [FieldOffset(4)]
    public byte b;
    [FieldOffset(5)]
    public float c;
    [FieldOffset(0)]
    public fixed byte buff[9];
};

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。

fixed (void * ta = &a)
{
    byte* b = (byte*)ta ;
}

3).最后通过IntPtr拷贝到C#标准的byte[]中。

byte[] Dbuff = new byte[9];
IntPtr pstart = new IntPtr(a);
Marshal.Copy(pstart, Dbuff, 0, 9);