C#中byte[]和byte*的复制和转换

C#中，byte数组在很多数据流中具有普遍的适用，尤其是和其他程序语言、其他架构设备、不同通讯协议等打交道时，字节流能够保证数据的传输安全可靠，可以认为是最接近底层的数据类型了，因此对字节数据的操作就很常见和必要了。常见的场景是字节数组的复制，截断等，常规、最简单粗暴的循环系列代码，这里就不啰嗦了，主要总结一些现有类所提供的方法。

一、byte[]的复制

byte[]具有数组的一般特性，复制数据可以使用如下方式。

0. 打印数组元素

为了显示操作的结果，先写一个打印字节数组元素的函数：

static void PrintArray(byte[] x)
{
　　foreach(byte b in x)
　　{
　　　　Console.Write(b + " ");
　　}
　　Console.WriteLine();
}

1. Array.Copy方法

这是Array的静态方法，示例代码如下：

byte[] barr = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
byte[] x=new byte[5];
Array.Copy(barr, x, 4);
PrintArray(x);

显示数组x的结果是1 2 3 4 0，红色的来自源字节数组，因为初始化的数组，具有默认值0。这种方法可以从一个数组中复制从索引0开始的部分或全部元素。这种方式可以作为拷贝形式的字节数组截断。

 2. ConstrainedCopy方法

这个也是Array类的静态方法，函数原型为：

public static void ConstrainedCopy (Array sourceArray, int sourceIndex, Array destinationArray, int destinationIndex, int length);

这个函数从指定的源索引开始，复制 Array 中的一系列元素，将它们粘贴到另一 Array 中（从指定的目标索引开始），保证在复制未成功完成的情况下撤消所有更改。

测试代码如下：

byte[] barr = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
byte[] x = new byte[10];
Array.ConstrainedCopy(barr, 2, x, 6, 3);
PrintArray(x);

运行结果为：0 0 0 0 0 0 3 4 5 0，从源数组barr的第2个元素开始拷贝，放入目标数组x的第6个位置，且拷贝长度为3。

3. CopyTo方法

这是继承了ICollection接口的类需要实现的方法，该方法将元字节数组中的所有元素，都拷贝到了目标数组中，其中第二个参数是指定了源字节数组第0个字节在目标数组中的位置，测试代码如下：

byte[] barr = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
byte[] x=new byte[20];
barr.CopyTo(x, 10);
PrintArray(x);

显示的结果是0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0，其中红色的是源目标数组中的值。

这种方法相对于第一种方法，更多的是应用于字节流的拼接。

4. Linq扩展方法

还有一种方式是Linq的扩展方法，这种方法比前面两种提供了更加灵活的操作,相关的扩展方法有Skip/Take, SkipLast/TakeLast，测试代码如下：

//需要using System.Linq;
byte[] barr = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
byte[] x=barr.Skip(1).Take(3).ToArray();
PrintArray(x);

显示的结果是2 3 4，Skip是去掉前面的元素，Take是截取多少个数据。也可以是从后面获取，例如：

byte[] x = barr.TakeLast(4).ToArray();

则最后的结果是7 8 9 0，即获取最后的4个元素。

当然，使用linq还可以有很多高级操作，例如我们只需要提取其中的奇数，可以使用：

byte[] x = barr.Where(b => b % 2 == 1).ToArray();

 关于Linq的使用，可以参考其他资料，此处不做展开论述了。

5. Clone方法

Array.Clone方法也可以实现拷贝，但是这种方式太生硬，只能完全复制，而且还需要做强制类型转换，个人不推荐使用，也不展开叙述。

 6. MemoryStream类

这个类提供了内存中的流式读写，所以对数组的部分或全部拷贝，也是很方便的，虽然在实现上有种“曲线救国”的感觉，但是在涉及到流操作的时候，其实还是很常见且实用的，测试代码如下：

byte[] barr = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
MemoryStream ms = new MemoryStream(barr);
ms.Position = 3;
byte[] x = new byte[5];
ms.Read(x, 0, 5);
PrintArray(x);
ms.Close();

执行的结果是显示4 5 6 7 8，因为MemoryStream支持随机访问，通过设置Position，然后再按顺序读数据，甚至还可以多次使用目标数组，例如我们要把barr的前2个值和最后3个值放入x数字中，可以这么写：

ms.Position = 0;
byte[] x = new byte[5];
ms.Read(x, 0, 2);
ms.Position = 7;
ms.Read(x, 2, 3);

当然这种方法相对来说也是比较占用内存的，通常用于数组不大，而又需要多次、随机访问的场合。

 

二、byte[]的截断

前面通过复制的方式，可以获取字节数组的部分元素，但是需要一个新的数组，那么有没有在位截断的方法呢？也是有的，使用Array的静态方法Resize：

byte[] barr = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
Array.Resize(ref barr, 5);
PrintArray(barr);

测试结果是1 2 3 4 5。这种方式不需要额外的内存。

 

三、byte[]和byte*的互换

在C#中，偶尔还会碰到byte*的指针类型 ，这就会涉及到了byte*和byte[]之间的转换，以及byte*的复制等问题。byte*在C#中的出镜率不高，毕竟是unsafe的，不过在一些诸如Socket等的方法中还是有露脸的机会。

目前发现，从byte[]到byte*，或者反过来，没有直接的转换方法，不能像C语言那样有直接取数组的首地址，毕竟C#是一个强类型语言。能做的只是分配地址，然后在其中拷贝数据，其中会牵扯到Iunsafe代码，以及ntPtr指针类型，可以将byte*理解为是IntPtr的强制类型转换。

1. 从byte[]到byte*

 测试代码如下：

byte[] barr = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
byte* bp = (byte*)Marshal.AllocHGlobal(5);
PrintPtr(bp, 5);
Marshal.Copy(barr, 3, (IntPtr)bp, 5);
PrintPtr(bp, 5);
Marshal.FreeHGlobal((IntPtr)bp);

其中PrintPtr函数如下：

static void PrintPtr(byte* bp,int n)
{
    for(int i=0;i<n;++i)
        Console.Write(bp[i] + " ");
    Console.WriteLine();
}

程序输出的结果是：

176 63 95 127 17
4 5 6 7 8

因为是堆上分配的，所以其中第一行的值（红色）是乱码，每次都不一样，第二行的值是通过复制Marshal.Copy将其填充到了byte*所指向的地址。

2.从byte*转byte[]

 同样是使用Marshal的静态方法。测试代码如下：

byte[] barr = new byte[10];
byte* bp = (byte*)Marshal.AllocHGlobal(10);
for (int i = 0; i < 10; i++)
    bp[i] = (byte)i;
Marshal.Copy((IntPtr)bp, barr, 0, 10);
PrintArray(barr);
Marshal.FreeHGlobal((IntPtr)bp);

执行结果是输出0 1 2 3 4 5 6 7 8 9。

四、byte*的复制

byte*的复制，可以理解为是void*类型的复制，即内存数据的复制，在C#中表现为IntPtr所指向的两个内存，那么就有相关的函数可以使用，例如平台调用，最常见的是CopyMemory或者MoveMemory。

[DllImport("kernel32.dll", EntryPoint = "RtlCopyMemory", CharSet = CharSet.Ansi)]
public extern static long CopyMemory(IntPtr dest, IntPtr source, int size);

测试代码：

IntPtr p1 = Marshal.AllocHGlobal(10);
IntPtr p2 = Marshal.AllocHGlobal(20);
for (int i=0;i<10;i++)
{
    ((byte*)p1)[i] = (byte)i;
}
CopyMemory(p2, p1, 10);
PrintPtr((byte*)p1, 10);
PrintPtr((byte*)p2, 20);

Marshal.FreeHGlobal(p1);
Marshal.FreeHGlobal(p2);

运行的结果是：

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 232 85 67 0 92 0 32 186 184 215

第二行后面十个元素是乱码（红色数字）。

有CopyMemory函数，自然也可以使用MoveMemory函数，定义如下：

[DllImport("kernel32.dll", EntryPoint = "RtlMoveMemory", CharSet = CharSet.Ansi)]
public extern static long MoveMemory(IntPtr dest, IntPtr source, int size);

两者的使用方法差不多，但是MoveMemory有个好处是当内存中出现重叠时，结果是唯一的，而CopyMemory似乎不能保证（简单的测试显示效果相同，但是可能是由于测试环境和数据偏少）。