C#中Struct與IntPtr轉換：實用擴展方法

在 C# 編程的世界里，我們常常會遇到需要與非托管代碼交互，或者進行一些底層內存操作的場景。這時，IntPtr類型就顯得尤為重要，它可以表示一個指針或句柄，用來指向非托管內存中的數據。而結構體作為一種常用的數據結構，在與IntPtr進行數據傳遞和轉換時，往往需要一些繁瑣的操作。為了簡化這些操作，提高開發效率，我們可以通過擴展方法來封裝相關的功能。接下來，就為大家介紹兩段非常實用的 C# 擴展方法代碼，它們實現了結構體與IntPtr之間的轉換等功能。

一、代碼概覽

我們有兩個擴展方法類，分別是StructExtensions和IntPtrExtensions。StructExtensions類主要提供將結構體和結構體數組轉換為IntPtr的方法；IntPtrExtensions類則提供了將IntPtr轉換回結構體、將IntPtr指向的內存數據轉換為字節數組，以及釋放IntPtr所占用的非托管內存的方法。

1. StructExtensions 類

using System;
using System.Runtime.InteropServices;public static class StructExtensions
{/// <summary>/// struct to IntPtr/// IntPtr使用完，需釋放/// </summary>/// <typeparam name="T">struct</typeparam>/// <param name="value">struct值</param>/// <returns>IntPtr</returns>public static IntPtr ToIntPtr<T>(this T value) where T : struct{var intptr = Marshal.AllocHGlobal(Marshal.SizeOf(value));Marshal.StructureToPtr(value, intptr, true);return intptr;}/// <summary>/// struct[] to IntPtr/// IntPtr使用完，需釋放/// </summary>/// <typeparam name="T">struct</typeparam>/// <param name="value">struct[]值</param>/// <returns>IntPtr</returns>public static IntPtr ToIntPtr<T>(this T[] value) where T : struct{var intPtr = Marshal.AllocHGlobal(Marshal.SizeOf(typeof(T)) * value.Length);var longPtr = intPtr.ToInt64();for (var i = 0; i < value.Length; i++){var rectPtr = new IntPtr(longPtr);Marshal.StructureToPtr(value[i], rectPtr, false);longPtr += Marshal.SizeOf(typeof(T));}return new IntPtr(longPtr);}
}

在這個類中，第一個ToIntPtr方法接受一個結構體類型的參數value，首先使用Marshal.AllocHGlobal方法在非托管內存中分配足夠的空間，空間大小由Marshal.SizeOf(value)確定，即結構體實例的大小。然后通過Marshal.StructureToPtr方法將結構體實例的值復制到分配的非托管內存中，并返回指向該內存的IntPtr。需要注意的是，使用完返回的IntPtr后，必須釋放其占用的內存，否則會導致內存泄漏。

第二個ToIntPtr方法則是針對結構體數組，它根據數組的長度和單個結構體的大小，在非托管內存中分配相應大小的空間，并返回指向該內存的IntPtr。不過，此方法只是分配了內存，并沒有將數組中的數據復制到內存中，如果需要復制數據，還需要進一步的操作。

2. IntPtrExtensions 類

using System;
using System.Runtime.InteropServices;public static class IntPtrExtensions
{public static T ToStructure<T>(this IntPtr value) where T : struct{return (T)Marshal.PtrToStructure(value, typeof(T));}public static byte[] ToBytes(this IntPtr value, int size){var bytes = new byte[size];Marshal.Copy(value, bytes, 0, size);return bytes;}public static void Free(ref this IntPtr value){Marshal.FreeHGlobal(value);}
}

IntPtrExtensions類中的ToStructure方法，接受一個IntPtr類型的參數value，通過Marshal.PtrToStructure方法將IntPtr指向的非托管內存中的數據轉換為指定的結構體類型，并返回轉換后的結構體實例。
ToBytes方法將IntPtr指向的內存中的數據讀取到一個字節數組中。它接受一個表示內存大小的參數size，首先創建一個指定大小的字節數組，然后使用Marshal.Copy方法將IntPtr指向的內存數據復制到字節數組中，并返回該字節數組。
Free方法用于釋放IntPtr所占用的非托管內存，通過Marshal.FreeHGlobal方法來實現內存的釋放，由于需要修改IntPtr本身，所以參數使用了ref關鍵字。

二、使用示例

下面我們通過一個簡單的示例來展示這些擴展方法的具體使用：

using System;
using System.Runtime.InteropServices;struct Point
{public int X;public int Y;
}class Program
{static void Main(){var point = new Point { X = 10, Y = 20 };// 將結構體轉換為IntPtrvar intPtr = point.ToIntPtr();// 將IntPtr轉換回結構體var newPoint = intPtr.ToStructure<Point>();Console.WriteLine($"X: {newPoint.X}, Y: {newPoint.Y}");// 釋放IntPtr占用的內存intPtr.Free();var points = { new Point { X = 1, Y = 2 }, new Point { X = 3, Y = 4 } };// 將結構體數組轉換為IntPtrvar arrayIntPtr = points.ToIntPtr();// 這里可以添加將數組數據復制到內存的操作// 釋放IntPtr占用的內存arrayIntPtr.Free();}}

在這個示例中，我們定義了一個Point結構體，然后分別演示了將結構體和結構體數組轉換為IntPtr，再將IntPtr轉換回結構體，以及釋放IntPtr所占用內存的整個過程。

三、注意事項

• 1. 內存管理：正如前面多次提到的，使用Marshal.AllocHGlobal分配的非托管內存必須手動釋放，否則會造成內存泄漏。在實際應用中，要確保在合適的時機調用Free方法。
• 2. 數據一致性：在將結構體數組轉換為IntPtr時，如果需要將數組數據復制到內存中，需要額外編寫代碼實現，否則IntPtr指向的內存中數據是未初始化的。
• 3. 類型安全：在使用ToStructure方法時，要確保IntPtr指向的內存中的數據與目標結構體類型一致，否則可能會導致類型轉換錯誤或程序異常。

通過這些實用的擴展方法，我們可以更加便捷地在 C# 中處理結構體與IntPtr之間的數據轉換和內存操作，提高代碼的可讀性和可維護性。希望本文對你在 C# 編程中處理相關問題有所幫助，如果你在使用過程中有任何疑問或遇到其他問題，歡迎在評論區交流討論。

以上博客介紹了代碼的功能和使用要點。你若覺得內容還需補充，比如增加更多示例或詳細解釋某個部分，歡迎告訴我。