c#优雅高效的读取字节数组——不安全代码(1)

在开发上位机的经历中，会有很多需要和下位机交互通信的场景，大多数都会定义一个和硬件的通信协议，最终在上位机代码中的形式其实就是符合通信协议的字节数组。

目录

• 场景
• 如何解析字节数组到类或结构体中
  • 建立与通信协议一致的结构体
  • 使用不安全代码将字节数组映射到结构体中
• 代码解释
  • StructLayout
  • fixed

场景

在控制一些车辆进行货物搬运的业务场景下，我们需要即时的获取小车的状态数据，并且做出解析，最后进行业务处理。不管与下位机是如何通信的，最终都会读取到一个字节数组在内存中。
以TCP通讯为例子，一般会在通讯协议的报文头中定义报文的长度，从而解决一些通讯问题，如粘包等，最后读取到正文部分。

如何解析字节数组到类或结构体中

建立与通信协议一致的结构体

比如通讯协议的正文格式定义如下：

id	motor_steps	speed
1字节	2字节	1字节

1. id 小车编号
2. motor_steps 小车行走累计马达步数
3. speed 小车当前速度

在代码中建立对应的结构体

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
        public struct VehicleStatus
        {
            [FieldOffset(0)] public byte id;
            [FieldOffset(1)] public ushort motor_steps;
            [FieldOffset(3)] public byte speed;
        }

使用不安全代码将字节数组映射到结构体中

byte[] metaData = new byte[4] { 10, 88, 89, 5 }; //模拟一段报文
            unsafe
            {
                fixed (byte* metaPointer = metaData)
                {
                    VehicleStatus* status = (VehicleStatus*)metaPointer;

                    Console.WriteLine($"小车编号:{status->id}");
                    Console.WriteLine($"小车速度:{status->speed}");
                    Console.WriteLine($"小车马达步数:{status->motor_steps}");
                }
            }

代码解释

StructLayout

表示某个类或者结构体里的成员的排列方式，这里我们使用LayoutKind.Explicit精确模式，该模式必须配合FieldOffset属性一起制定字段的物理内存排列位置。

fixed

用来钉住可移动变量，确保GC在执行期间对不会重新定位或释放包含对象实例，如果位置变了或者被释放了，谁还管你的非托管的指针对象呢？这边字节数组肯定是一个可移动变量了。

参考文档：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/language-specification/unsafe-code-and-moveable-variables