在 C# 中，如何将 byte[] 重新解释为 T[]，其中 T 是一个结构？

Question

我正在使用 C# (.NET 5)。想象一下，我有一个存储结构数组（比如浮点数）的类：

public class StoresArray
{
    private float[] floats;
}

这个类的数据是从一个序列化的二进制文件中加载的。为了分配floats 数组，我使用辅助函数从序列化文件中读取字节。重要的是，此函数随后会尝试重新解释加载的字节直接作为float[]，而不是复制到新数组。

public static class Deserializer
{
    public static float[] Load(string file)
    {
        byte[] bytes = LoadBytesFromFile(file);

        // This is a compiler error, of course.
        return (float[])bytes;
    }
}

预期用途如下：

// Within the StoresArray class...
floats = Deserializer.Load("MyFile.file");

值得注意的是，我试图将float[] 存储为成员变量，而不仅仅是在本地迭代byte[]。因此，通过Span<T> (Span<float> floatSpan = MemoryMarshal.Cast<byte, float>(bytes.AsSpan())) 进行投射是不够的。与Memory<T>、Marshal 和MemoryMarshal 关联的函数也同样失败。当然，我可以使用 spans（连同其他方法，如 BitConverter 或不安全指针）从 byte[] 构建 new float[]，但这会导致额外的数组分配，如以及转换字节的附加操作。在我提出的问题（动态加载视频游戏资产）的上下文中，我想尽可能优化性能。

在现代 C# 中，是否可以在不产生额外分配的情况下重新解释和存储结构数组？

Answer 1

要写，你可以这样做：

public static void WriteArrayToStream<T>(Stream output, T[] array) where T: unmanaged
{
    var span = array.AsSpan();
    var bytes = MemoryMarshal.AsBytes(span);
    output.Write(bytes);
}

为了阅读，你可以这样做：

public static (T[] Result, int Count) ReadArrayFromStream<T>(Stream input, int n) where T: unmanaged
{
    T[] result = new T[n];
    var span   = result.AsSpan();
    var bytes  = MemoryMarshal.AsBytes(span);
    int count  = input.Read(bytes);

    return (result, count/Marshal.SizeOf<T>());
}

注意它返回一个元组，因为如果没有足够的数据可用，只有第一个Count 元素会有有效数据。

这里有一个例子来展示写入和读取 double[] 数组：

MemoryStream mem = new MemoryStream();
double[] data = Enumerable.Range(0, 100).Select(x => (double)x).ToArray();
WriteArrayToStream(mem, data);
Console.WriteLine(mem.Length); // 800

mem.Position       = 0;
var (array, count) = ReadArrayFromStream<double>(mem, 200);
Console.WriteLine(count); // 100
Console.WriteLine(array[42]);  // 42