C# 中联合的奇怪解组行为

Question

我想将类似 C 的联合导出到字节数组中，如下所示：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct my_struct
{
    [FieldOffset(0)]
    public UInt32 my_uint;

    [FieldOffset(0)]
    public bool other_field;
}

public static void Main()
{
    var test = new my_struct { my_uint = 0xDEADBEEF };
    byte[] data = new byte[Marshal.SizeOf(test)];

    IntPtr buffer = Marshal.AllocHGlobal(data.Length);
    Marshal.StructureToPtr(test, buffer, false);
    Marshal.Copy(buffer, data, 0, data.Length);
    Marshal.FreeHGlobal(buffer);

    foreach (byte b in data)
    {
        Console.Write("{0:X2} ", b);
    }
    Console.WriteLine();
}

我们得到的输出 (https://dotnetfiddle.net/gb1wRf) 是 01 00 00 00 而不是预期的 EF BE AD DE.

现在，如果我们将 other_field 类型更改为 byte（例如），我们会得到什么？

奇怪的是，我们首先得到了我们想要的输出，EF BE AD DE (https://dotnetfiddle.net/DnXyMP)

此外，如果我们交换原来的两个字段，我们再次得到我们想要的相同输出 (https://dotnetfiddle.net/ziSQ5W)

为什么会这样？为什么字段的顺序很重要？做同样的事情是否有更好（可靠）的解决方案？

Answer 1

我承认我没有权威的答案来解释为什么 Marshal.StructureToPtr() 会这样，除了清楚它不仅仅是复制字节之外。相反，它必须解释 struct 本身，通过解释该字段的正常规则将每个字段单独编组到目的地。由于 bool 被定义为仅是两个值之一，非零值被映射到 true，它将原始字节编组为 0x00000001.

请注意，如果您真的只想要 struct 值中的原始字节，您可以自己进行复制，而不是通过 Marshal class。例如：

var test = new my_struct { my_uint = 0xDEADBEEF };
byte[] data = new byte[Marshal.SizeOf(test)];

unsafe
{
    byte* pb = (byte*)&test;

    for (int i = 0; i < data.Length; i++)
    {
        data[i] = pb[i];
    }
}

Console.WriteLine(string.Join(" ", data.Select(b => b.ToString("X2"))));

当然，要使其正常工作，您需要为您的项目启用 unsafe 代码。您可以为有问题的项目执行此操作，也可以将上述内容构建到单独的帮助程序程序集中，其中 unsafe 风险较小（即您不介意为其他代码启用它，and/or 不要不关心程序集是否可验证等）。

Answer 2

这是结构编组方式不可避免的副作用。起点是结构值不可 blittable，这是它包含 bool 的副作用。它在托管结构中占用 1 个字节的存储空间，但在编组结构中占用 4 个字节 (UnmanagedType.Bool)。

所以结构值不能一口气复制，编组器需要转换每个单独的成员。所以 my_uint 是第一个，产生 4 个字节。接下来是 other_field，也在完全相同的地址处产生 4 个字节。这会覆盖 my_uint 生成的所有内容。

bool 类型通常是一个奇怪的类型，它 never 产生一个 blittable 结构。即使你申请 [MarshalAs(UnmanagedType.U1)] 也不行。这本身对您的测试有一个有趣的影响，您现在会看到 my_int 产生的 3 个高位字节被保留了下来。但是结果仍然是垃圾，因为成员仍然被一个一个地转换，现在在偏移量 0 处产生一个值为 0x01 的字节。

您可以通过将其声明为 byte 来轻松获得您想要的内容，现在结构是 blittable:

    [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
    struct my_struct {
        [FieldOffset(0)]
        public UInt32 my_uint;

        [FieldOffset(0)]
        private byte _other_field;

        public bool other_field {
            get { return _other_field != 0; }
            set { _other_field = (byte)(value ? 1 : 0); }
        }
    }

C# 中联合的奇怪解组行为

Strange unmarshalling behavior with union in C#

c#

boolean

unmarshalling

unions