C#使用struct直接转换下位机数据的示例代码

编写上位机与下位机通信的时候，涉及到协议的转换，比较多会使用到二进制。传统的方法，是将数据整体获取到byte数组中，然后逐字节对数据进行解析。这样操作工作量比较大，对于较长数据段更容易计算位置出错。

其实，对于下位机给出通讯的数据结构的情况下，可以直接使用C#的struct将数据直接转换。需要使用到Marshal。

数据结构

假定下位机（C语言编写）给到我们的数据结构是这个，传输方式为小端方式

typedef struct {
unsigned long int time;   // 4个字节
float tmpr[3];     // 4*3 个字节
float forces[6];     // 4*6个字节
float distance[6];    // 4*6个字节
} dataItem_t;

方法1

首先需要定义一个struct：

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Size = 64, Pack = 1)]
public struct HardwareData
{
//[FieldOffset(0)]
public UInt32 Time;   // 4个字节
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 3)]
//[FieldOffset(4)]
public float[] Tmpr;     // 3* 4个字节
//[FieldOffset(16)]
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6)]
public float[] Forces;     // 6* 4个字节
//[FieldOffset(40)]
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6)]
public float[] Distance;    // 6*4个字节
}

然后使用以下代码进行转换

// code from https://stackoverflow.com/questions/628843/byte-for-byte-serialization-of-a-struct-in-c-sharp/629120#629120
/// <summary>
/// converts byte[] to struct
/// </summary>
public static T RawDeserialize<T>(byte[] rawData, int position)
{
int rawsize = Marshal.SizeOf(typeof(T));
if (rawsize > rawData.Length - position)
 throw new ArgumentException("Not enough data to fill struct. Array length from position: " + (rawData.Length - position) + ", Struct length: " + rawsize);
IntPtr buffer = Marshal.AllocHGlobal(rawsize);
Marshal.Copy(rawData, position, buffer, rawsize);
T retobj = (T)Marshal.PtrToStructure(buffer, typeof(T));
Marshal.FreeHGlobal(buffer);
return retobj;
}

/// <summary>
/// converts a struct to byte[]
/// </summary>
public static byte[] RawSerialize(object anything)
{
int rawSize = Marshal.SizeOf(anything);
IntPtr buffer = Marshal.AllocHGlobal(rawSize);
Marshal.StructureToPtr(anything, buffer, false);
byte[] rawDatas = new byte[rawSize];
Marshal.Copy(buffer, rawDatas, 0, rawSize);
Marshal.FreeHGlobal(buffer);
return rawDatas;
}

注意这里我使用的方式为LayoutKind.Sequential，如果直接使用LayoutKind.Explicit并设置FieldOffset会弹出一个诡异的错误System.TypeLoadException:“Could not load type 'ConsoleApp3.DataItem' from assembly 'ConsoleApp3, Version=1.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=null' because it contains an object field at offset 4 that is incorrectly aligned or overlapped by a non-object field.”。

方法2

提示是对齐的错误，这个和编译的时候使用的32bit和64位是相关的，详细数据封送对齐的操作我不就详细说了，贴下代码。

//强制指定x86编译
[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 64, Pack = 1)]
public struct DataItem
{
[MarshalAs(UnmanagedType.U4)]
[FieldOffset(0)]
public UInt32 time;   // 4个字节
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 3, ArraySubType = UnmanagedType.R4)]
[FieldOffset(4)]
public float[] tmpr;     // 3* 4个字节
[FieldOffset(16)]
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6, ArraySubType = UnmanagedType.R4)]
public float[] forces;     // 6* 4个字节
[FieldOffset(40)]
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6, ArraySubType = UnmanagedType.R4)]
public float[] distance;    // 6*4个字节
}

强制指定x64编译没有成功，因为数据对齐后和从下位机上来的数据长度是不符的。

方法3

微软不是很推荐使用LayoutKind.Explicit，如果非要用并且不想指定平台的话，可以使用指针来操作，当然，这个需要unsafe。

var item = RawDeserialize<DataItem>(tail.ToArray(), 0);
unsafe
{
float* p = &item.forces;
for (int i = 0; i < 6; i++)
{
 Console.WriteLine(*p);
 p++;
}
}

[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 64, Pack = 1)]
public struct DataItem
{
[FieldOffset(0)]
public UInt32 time;   // 4个字节
[FieldOffset(4)]
public float tmpr;     // 3* 4个字节
[FieldOffset(16)]
public float forces;     // 6* 4个字节
[FieldOffset(40)]
public float distance;    // 6*4个字节
}

方法4

感觉写起来还是很麻烦，既然用上了unsafe，就干脆直接一点。

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public unsafe struct DataItem
{
public UInt32 time;   // 4个字节
public fixed float tmpr[3];     // 3* 4个字节
public fixed float forces[6];     // 6* 4个字节
public fixed float distance[6];    // 6*4个字节
}

这样，获得数组可以直接正常访问，不再需要unsafe了。

来源：https://www.cnblogs.com/podolski/archive/2021/01/20/14295500.html