结构体转换成对应的byte数组

最近看到一个帖子，问的是怎么把自己定义的结构体转换成对应的byte数组，一般来说，都会想到用Marshal类来完成这个功能，其实还有一个方法也可以，那就是利用unsafe代码。

　　先定义假想的一个值类型：

 1         [StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 6)]
 2         public struct MyStruct
 3         {
 4             [FieldOffset(0)]
 5             public int Value;
 6             [FieldOffset(0)]
 7             public short Low;
 8             [FieldOffset(2)]
 9             public short Hi;
10             [FieldOffset(4)]
11             public short X;
12         }

　　然后，定义一个公用方法签名：Action<MyStruct, Stream>，这个是为了方便之后的几种不同方式做性能测试。

　　先来看看Marshal类是怎么做到的：

 1         public static void ByMarshal(object p_StructObj, Stream stream)
 2         {
 3             int stuctSize = Marshal.SizeOf(p_StructObj);
 4             byte[] stuctBytes = new byte[stuctSize];
 5             IntPtr structPtr = Marshal.AllocHGlobal(stuctSize);
 6             Marshal.StructureToPtr(p_StructObj, structPtr, false);
 7             Marshal.Copy(structPtr, stuctBytes, 0, stuctSize);
 8             Marshal.FreeHGlobal(structPtr);
 9             stream.Write(stuctBytes, 0, stuctSize);
10         }

　　然后看看unsafe代码是如何做到的：

        public unsafe static void ByUnsafe(MyStruct s, Stream stream)
        {
            MyStruct* ptr = &s;
            for (int i = 0; i < sizeof(MyStruct); i++)
                stream.WriteByte(*((byte*)ptr + i));
        }

　　比较两者，可以发现，使用Marshal类出现了装箱，新建数组（因为签名定成了输出到流），分配堆空间，和释放对空间等，当然，实战中可以避免掉新建数组的代价，但是总体代价依然高于unsafe方法，当然，用Marshal可以很轻松的做到把任意值类型copy到数组里面，这一点上unsafe方法就吃亏了，因为unsafe方法必须要非常明确的支出结构体的具体类型。

　　先来看一个性能对比：

 1         static void Main()
 2         {
 3             MyStruct s = new MyStruct();
 4             s.Low = 5;
 5             s.Hi = 10;
 6             s.X = 1;
 7             const int count = 1000000;
 8             MemoryStream ms = new MemoryStream();
 9             Stopwatch sw = new Stopwatch();
10             sw.Start();
11             for (int i = 0; i < count; i++)
12                 ByUnsafe(s, ms);
13             sw.Stop();
14             Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
15             ms = new MemoryStream();
16             GC.Collect(2);
17             GC.WaitForPendingFinalizers();
18             sw.Reset();
19             sw.Start();
20             for (int i = 0; i < count; i++)
21                 ByMarshal(s, ms);
22             sw.Stop();
23             Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
24         }

　　在我机器（型号比较老。。。）上的运行结果是：135，718

可以发现unsafe代码的性能优势非常明显，但是，如果不解决类型问题，unsafe的方式显然实用意义仍然小与Marshal方式，可能有人会想到用泛型，但是不幸的是泛型无法作用于unsafe代码，也就是说，T*是无法通过编译的，难道真的走投无路了吗？

　　别忘了，.net还有一个杀手锏，LCG——轻量级代码生成，就是凭借LCG，IronPython的性能才能如此出众。我们无法在运用泛型指针，但是我们可以用泛型方法来生成对应类型的非泛型unsafe代码，来实现一个：

 1         public static Action<T, Stream> ByLcg<T>()
 2             where T : struct
 3         {
 4             DynamicMethod dm = new DynamicMethod(string.Empty, typeof(void),
 5                 new Type[] { typeof(T), typeof(Stream) }, typeof(T));
 6             var il = dm.GetILGenerator();
 7             var ptr = il.DeclareLocal(typeof(T).MakePointerType());
 8             var i = il.DeclareLocal(typeof(int));
 9 
10             var loopCondition = il.DefineLabel();
11             var loopBegin = il.DefineLabel();
12 
13             il.Emit(OpCodes.Ldarga_S, 0);
14             il.Emit(OpCodes.Conv_U);
15             il.Emit(OpCodes.Stloc_0);
16             il.Emit(OpCodes.Ldc_I4_0);
17             il.Emit(OpCodes.Stloc_1);
18             il.Emit(OpCodes.Br_S, loopCondition);
19             il.MarkLabel(loopBegin);
20             il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
21             il.Emit(OpCodes.Ldloc_0);
22             il.Emit(OpCodes.Ldloc_1);
23             il.Emit(OpCodes.Add);
24             il.Emit(OpCodes.Ldind_U1);
25             il.Emit(OpCodes.Callvirt, typeof(Stream).GetMethod("WriteByte"));
26             il.Emit(OpCodes.Ldloc_1);
27             il.Emit(OpCodes.Ldc_I4_1);
28             il.Emit(OpCodes.Add);
29             il.Emit(OpCodes.Stloc_1);
30             il.MarkLabel(loopCondition);
31             il.Emit(OpCodes.Ldloc_1);
32             il.Emit(OpCodes.Sizeof, typeof(T));
33             il.Emit(OpCodes.Clt);
34             il.Emit(OpCodes.Brtrue_S, loopBegin);
35             il.Emit(OpCodes.Ret);
36 
37             return (Action<T, Stream>)dm.CreateDelegate(typeof(Action<T, Stream>));
38         }

　　有点长，但是性能如何哪？来改造一下测试代码：

        static void Main()
        {
            MyStruct s = new MyStruct();
            s.Low = 5;
            s.Hi = 10;
            s.X = 1;
            const int count = 1000000;
            MemoryStream ms = new MemoryStream();
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            for (int i = 0; i < count; i++)
                ByUnsafe(s, ms);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
            ms = new MemoryStream();
            GC.Collect(2);
            GC.WaitForPendingFinalizers();
            sw.Reset();
            sw.Start();
            for (int i = 0; i < count; i++)
                ByMarshal(s, ms);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
            ms = new MemoryStream();
            GC.Collect(2);
            GC.WaitForPendingFinalizers();
            sw.Reset();
            sw.Start();
            var d = ByLcg<MyStruct>();
            for (int i = 0; i < count; i++)
                d(s, ms);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
        }

 1         public static Action<T, Stream> ByLcg<T>()
 2             where T : struct
 3         {
 4             DynamicMethod dm = new DynamicMethod(string.Empty, typeof(void),
 5                 new Type[] { typeof(T), typeof(Stream) }, typeof(T));
 6             var il = dm.GetILGenerator();
 7             var ptr = il.DeclareLocal(typeof(T).MakePointerType());
 8             var i = il.DeclareLocal(typeof(int));
 9 
10             var loopCondition = il.DefineLabel();
11             var loopBegin = il.DefineLabel();
12 
13             il.Emit(OpCodes.Ldarga_S, 0);
14             il.Emit(OpCodes.Conv_U);
15             il.Emit(OpCodes.Stloc_0);
16             il.Emit(OpCodes.Ldc_I4_0);
17             il.Emit(OpCodes.Stloc_1);
18             il.Emit(OpCodes.Br_S, loopCondition);
19             il.MarkLabel(loopBegin);
20             il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
21             il.Emit(OpCodes.Ldloc_0);
22             il.Emit(OpCodes.Ldloc_1);
23             il.Emit(OpCodes.Add);
24             il.Emit(OpCodes.Ldind_U1);
25             il.Emit(OpCodes.Callvirt, typeof(Stream).GetMethod("WriteByte"));
26             il.Emit(OpCodes.Ldloc_1);
27             il.Emit(OpCodes.Ldc_I4_1);
28             il.Emit(OpCodes.Add);
29             il.Emit(OpCodes.Stloc_1);
30             il.MarkLabel(loopCondition);
31             il.Emit(OpCodes.Ldloc_1);
32             il.Emit(OpCodes.Sizeof, typeof(T));
33             il.Emit(OpCodes.Clt);
34             il.Emit(OpCodes.Brtrue_S, loopBegin);
35             il.Emit(OpCodes.Ret);
36 
37             return (Action<T, Stream>)dm.CreateDelegate(typeof(Action<T, Stream>));
38         }

　　看看结果如何：136,713,142

　　真的这么强大吗？LCG本身的代价哪？可以把count修改成1，再次运行，得到的结果是：0，0，14

　　也可以看到在循环次数太少的情况下，获得的性能优势不足以弥补LCG本身的消耗，那么多少是临界点哪？

　　我的机器上，经过多次试验，发现21000时，Marshal方法和LCG方法的时间消耗相等，也就是说，当次数小于21000次是，Marshal占了上风，单是如果，超过21000次时，LCG带来的性能优势，就足以弥补代码生成的损失了。（当然，前提是生成的代码，以委托的方式被缓存下来）

　　如果，无论次数多少，都要求最高性能的话，那就只有用unsafe的方法，把每一个需要用到的结构体都写一遍了，就是用人力换速度。。。