C#如何将自定义类转为字节数组以写入PLC缓冲区？

问题背景 #

我正在用C#开发软件，需要将由基本类型组成的泛型类转换为字节流发送至PLC缓冲区。尝试了三种方案都有问题：

• BinaryFormatter：序列化后可还原原类，但生成的字节流包含大量元数据，找不到目标数据，且该类已被微软标记为弃用；
• BinaryWriter：功能正常，但因存在大量不同类声明，需通过反射动态处理，实现过于复杂，暂作为备选；
• TypeConverter：完全无效，运行时提示“TypeConverter无法转换X类”。

测试代码：

TYPE_S_TESTA test = new TYPE_S_TESTA();
test.b_tipo = 54;

using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
{
    BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter(); // BinaryFormatter is deprecated
    bf.Serialize(ms, test);
    ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
    byte[] test3 = ms.ToArray();
}

待序列化类定义：

[Serializable]
public class TYPE_S_TESTA
{
    public short b_tipo;
    public char b_modo;
    public char b_area;
    public char b_sorgente;
    public char b_destinatario;
    public short w_lunghezza;
    public short w_contatore;
    public short w_turno;
    public short w_tempo;
}

预期得到包含值54的14字节数组，且序列化顺序与类定义一致，但实际得到512字节的缓冲区且未找到目标数据。

最优解决方案：StructLayout + Marshal 直接转换 #

针对PLC的字节流需求，最适合的方式是使用StructLayout特性强制成员的内存布局，再通过Marshal类直接将结构体（或类）转换为字节数组，既能保证顺序和大小精确，又无需复杂反射。

步骤1：调整数据结构与特性 #

由于C#默认的char是2字节UTF-16类型，而你预期的14字节总大小对应单字节的字符类型，因此需要通过MarshalAs特性指定字符按单字节处理，或直接将char改为byte类型。同时用StructLayout强制顺序和紧密排列（取消字节对齐）。

推荐将类改为结构体（更贴合PLC的C风格结构体场景）：

using System.Runtime.InteropServices;

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct TYPE_S_TESTA
{
    public short b_tipo;
    // 指定char按单字节ASCII处理，对应PLC的1字节字符
    [MarshalAs(UnmanagedType.U1)]
    public char b_modo;
    [MarshalAs(UnmanagedType.U1)]
    public char b_area;
    [MarshalAs(UnmanagedType.U1)]
    public char b_sorgente;
    [MarshalAs(UnmanagedType.U1)]
    public char b_destinatario;
    public short w_lunghezza;
    public short w_contatore;
    public short w_turno;
    public short w_tempo;
}

• LayoutKind.Sequential：强制成员按定义顺序排列，保证和PLC缓冲区顺序一致；
• Pack = 1：取消字节对齐，避免自动添加填充字节，确保总大小为成员字节之和（25 + 14 = 14字节）；
• MarshalAs(UnmanagedType.U1)：将C#的双字节char转为单字节，匹配PLC的字符类型。

步骤2：转换为字节数组 #

使用Marshal类的方法直接将结构体转换为字节数组：

TYPE_S_TESTA test = new TYPE_S_TESTA();
test.b_tipo = 54;

// 获取结构体的字节大小
int bufferSize = Marshal.SizeOf(typeof(TYPE_S_TESTA));
byte[] plcBuffer = new byte[bufferSize];

// 分配非托管内存并复制结构体数据
IntPtr unmanagedPtr = Marshal.AllocHGlobal(bufferSize);
try
{
    Marshal.StructureToPtr(test, unmanagedPtr, false);
    Marshal.Copy(unmanagedPtr, plcBuffer, 0, bufferSize);
}
finally
{
    // 释放非托管内存
    Marshal.FreeHGlobal(unmanagedPtr);
}

// plcBuffer即为14字节的目标字节流，顺序与结构体定义一致，包含54的二进制值

方案优势 #

• 精确控制：完全匹配PLC的字节顺序和大小要求，无额外元数据；
• 高效简洁：无需反射或复杂的手动序列化逻辑，适合大量不同结构的场景；
• 安全可靠：避免使用已弃用的BinaryFormatter，不存在安全风险。

其他方案问题说明 #

• BinaryFormatter：它序列化的是.NET完整对象，包含类型元数据、版本信息等额外内容，因此生成的字节流远大于实际数据大小，且无法直接用于PLC缓冲区；
• TypeConverter：仅用于类型间的逻辑转换（如字符串转数值），不适合二进制序列化场景；
• BinaryWriter：若后续需要使用，可结合反射封装通用序列化方法，但复杂度远高于本方案。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Samuele Stefanoni