byte[]、sbyte[]、int[]以及Array的故事

很久没有搞比较底层一点的东西了，最近又开始搞，于是乎又发现了一些很鸡毛蒜皮的事情。也许有人已经发现过了，那就请原谅我就再来挖掘一遍。

 

byte[]、sbyte[]、int[]等数组，是一种特殊的类型，他们都继承自Array。不过这个继承还不是一般的继承关系，编译器和CLI都做了一些特殊的工作。我们先看普通的继承关系：

class Human

{

}



class Man : Human

{

}



class Woman : Human

{

}

如果我们试图写下列的代码：

Human human = new Man();

Woman woman = (Woman)human;

 

那么结果是什么，你懂的。

 

好吧，你不懂。那我给说一下，Man和Woman都是从Human这个类继承的，因此Man和Woman是兄妹关系，兄妹之间实际上是不能互相转换的。虽然上面的代码是可以编译通过的，但是运行起来就会抛异常，告诉你Man类型的对象是不能转换成Woman的。

 

不过换到byte[]、sbyte[]等数组里面，就不是这么简单了。比如说：

byte[] source = {1, 2, 3};

sbyte[] target = (sbyte[])(Array)source;

foreach(var item in target)

{

    Console.WriteLine(item);

}

你猜怎么着？哎？为啥居然能跑呢？按道理byte[]和sbyte[]都是从Array派生的，那么他们之间自然也是兄妹关系了。看来CLI为我们做了一些事情。好了，那么当我们有这么一个函数：

static public void Copy(sbyte[] source, sbyte[] target)

{

    if (source == null)

    {

        throw new ArgumentNullException("source");

    }

    if (target == null)

    {

        throw new ArgumentNullException("target");

    }

    int copyLength = Math.Min(source.Length, target.Length);

    Array.Copy(source, target, copyLength);

}

然后这么调用：

sbyte[] target = GetTarget();

sbyte[] another = new sbyte[3];

Copy(target, another);

在Copy函数内会出现除了ArgumentNullException之外的其它异常吗？这个怎么看也是不能吧？错了，可能会出现ArrayTypeMismatchException异常，假如GetTarget的代码是：

 

sbyte[] GetTarget()
{
    return (sbyte[])(Array)new byte[] {1, 2, 3};
}

 

 

 

这就奇怪了，为啥咧？因为Array.Copy会判断要复制的数组，其元素类型之间是什么关系。这个还不是简单的相等关系，说这个之前，我们再看另一个古怪的例子：

byte[] source = { 1, 2, 3 };

int[] intArray = (int[])(Array)source;

 

这个照样还是能够编译的，不过运行时会抛出来InvalidCastException。为什么sbyte[]和byte[]之间可以互相转换，同样是兄妹关系的byte[]和int[]就不能互相转换呢？其实，这个问题不需要深究都会知道，sbyte和byte[]的元素所占字节数都一样，所以理论上是可以直接转换来访问的。而int[]和byte[]之间，如果因为其元素一个是4字节另一个是1字节，而导致不允许直接进行转换，那也很正常。不过，既然sbyte[]和byte[]之间都可以强制转换，而且转换之后都可以访问元素，为啥就不能通过Array.Copy来复制呢？嗯，不用想，Array.Copy对于源数组和目标数组的元素类型进行了判断，至于咋判断的Reflector看不到，我们就先猜测吧：Array.Copy只要发现源和目标数组的元素类型不一样，那就不能够复制。真是这样吗？我们再看另一个例子：

byte[] source = {1, 2, 3};
int[] intArray = new int[source.Length];
Array.Copy(source, intArray, source.Length);
foreach(var item in intArray)
{
    Console.WriteLine(item);
}

 

 

怎么样，这个代码你觉得跑起来会如何？抛InvalidCastException？ArrayTypeMismatchException？其实什么都不会抛出来。原来，Array.Copy检验的条件是，如果源和目标数组的元素类型是内置的值类型，只要能做宽转换（widening conversion）那就可以成功复制。比如byte->int，反之就会抛异常。而用户自定义的值类型就没有这个优惠政策了，哪怕你重写了类型转换操作符，或者实现了IConvertible，都不行。当然了，实际上Array.Copy的判断比这里写的复杂，具体还是参考MSDN吧。

 

byte[]、sbyte[]之间的强制转换和Array.Copy的问题，如果分别独立的看，可能没有什么问题。但如果我们合起来看，就会出现一些意想不到的状况。比如说，你写了一个函数：

        /*
         * 将第index位的元素修改为value值，然后将整个数组的元素复制一遍。
         * 比如原来是{1,2,3}，调用SomeBusiness(source, 8, 1)完成后就变成
         * {1,8,3,1,8,3}
         */
        static public sbyte[] SomeBusiness(sbyte[] source, sbyte value, int index)
        {
            source[index] = value; // 你看，这个地方可以用的，所以下面一句看起来也应该可以。
            return (sbyte[])(Array)Duplicate((byte[])(Array)source);
        }

        static public byte[] Duplicate(byte[] source)
        {
            var result = source.ToList(); // 竟然出现ArrayTypeMismatchException？百思不得其解。
            result.AddRange(result);
            return result.ToArray();
        }

 

尤其是SomeBusiness和Duplicate不是同一个人开发的时候。