在C#中无堆内存分配地将数值类型转换为字节

针对.NET Framework 4.8（C# 7.3）环境，以下几种方法可以实现数值类型转多字节且避免堆内存分配：

方法一：位运算（仅适用于整数类型） #

通过位掩码和移位操作直接提取每个字节，完全不需要堆内存，代码直观且无需特殊编译配置。

short转双字节示例 #

public static void GetBytes(short input, out byte byte0, out byte byte1)
{
    byte0 = (byte)(input & 0xFF);
    byte1 = (byte)((input >> 8) & 0xFF);
}

int转四字节示例 #

public static void GetBytes(int input, out byte byte0, out byte byte1, out byte byte2, out byte byte3)
{
    byte0 = (byte)(input & 0xFF);
    byte1 = (byte)((input >> 8) & 0xFF);
    byte2 = (byte)((input >> 16) & 0xFF);
    byte3 = (byte)((input >> 24) & 0xFF);
}

注：上述代码采用小端字节序，与BitConverter.GetBytes默认行为一致；若需大端序，调整移位顺序即可。

方法二：显式布局结构体（Union，支持所有数值类型） #

利用[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]定义重叠字段的结构体，赋值数值后直接读取对应字节，结构体作为值类型在栈上分配，无堆开销。

通用转换结构体及示例 #

using System.Runtime.InteropServices;

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
public struct NumericByteUnion
{
    [FieldOffset(0)] public short ShortValue;
    [FieldOffset(0)] public int IntValue;
    [FieldOffset(0)] public float FloatValue;
    
    [FieldOffset(0)] public byte Byte0;
    [FieldOffset(1)] public byte Byte1;
    [FieldOffset(2)] public byte Byte2;
    [FieldOffset(3)] public byte Byte3;
}

// short转字节
public static void GetBytes(short input, out byte byte0, out byte byte1)
{
    var union = new NumericByteUnion { ShortValue = input };
    byte0 = union.Byte0;
    byte1 = union.Byte1;
}

// float转字节
public static void GetBytes(float input, out byte byte0, out byte byte1, out byte byte2, out byte byte3)
{
    var union = new NumericByteUnion { FloatValue = input };
    byte0 = union.Byte0;
    byte1 = union.Byte1;
    byte2 = union.Byte2;
    byte3 = union.Byte3;
}

方法三：不安全指针操作（支持所有数值类型） #

直接操作内存地址读取字节，性能最优，但需要在项目编译选项中开启“允许不安全代码”。

short转字节示例 #

public static unsafe void GetBytes(short input, out byte byte0, out byte byte1)
{
    fixed (short* ptr = &input)
    {
        byte* bytePtr = (byte*)ptr;
        byte0 = *bytePtr;
        byte1 = *(bytePtr + 1);
    }
}

float转字节示例 #

public static unsafe void GetBytes(float input, out byte byte0, out byte byte1, out byte byte2, out byte byte3)
{
    fixed (float* ptr = &input)
    {
        byte* bytePtr = (byte*)ptr;
        byte0 = *bytePtr;
        byte1 = *(bytePtr + 1);
        byte2 = *(bytePtr + 2);
        byte3 = *(bytePtr + 3);
    }
}

方案对比 #

• 位运算：仅支持整数类型，代码简洁，无需特殊配置，性能优异。
• 显式布局结构体：支持所有数值类型，可读性好，无需不安全代码，性能接近位运算。
• 不安全指针：性能最优，支持所有类型，但需开启不安全代码，可读性稍弱。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mike