是否可以将 C# double[,,] 数组转换为 double[] 而无需复制

Posted 2023-04-13

【中文标题】是否可以将 C# double[,,] 数组转换为 double[] 而无需复制

【英文标题】：Is is possible to convert C# double[,,] array to double[] without making a copy

【发布时间】：2010-09-10 21:31:23

【问题描述】：

我的 .NET 应用程序中有大量的 3D 数字数组。我需要将它们转换为一维数组以将其传递给 COM 库。有没有办法在不复制所有数据的情况下转换数组？

我可以像这样进行转换，但是我使用了两倍的内存量，这在我的应用程序中是一个问题：

  double[] result = new double[input.GetLength(0) * input.GetLength(1) * input.GetLength(2)];
  for (i = 0; i < input.GetLength(0); i++) 
    for (j = 0; j < input.GetLength(1); j++) 
      for (k = 0; k < input.GetLength(2); k++) 
        result[i * input.GetLength(1) * input.GetLength(2) + j * input.GetLength(2) + k)] = input[i,j,l];
  return result;

【参考方案1】：

我不相信 C# 将数据存储在内存中的方式会像在 C 中的简单强制转换那样可行。为什么不使用 1d 数组开始并为该类型创建一个类，以便您可以在程序中访问它，就像它是 3d 数组一样？

【参考方案2】：

不幸的是，C# 数组不能保证在连续内存中，就像在 C 等更接近金属的语言中一样。所以，不。如果没有逐个元素的复制，就无法将 double[,,] 转换为 double[]。

【参考方案3】：

考虑使用Proxy 抽象对数据的访问（类似于C++ 中的迭代器/智能指针）。不幸的是，语法不如 C++ 干净，因为 operator() 不能用于重载，并且 operator[] 是单参数，但仍然很接近。

当然，这种额外的抽象级别增加了复杂性和它自己的工作，但它允许您对使用 double[,,] 对象的现有代码进行最小的更改，同时允许您使用单个 double[]用于互操作和 in-C# 计算的数组。

class Matrix3

    // referece-to-element object
    public struct Matrix3Elem
        private Matrix3Impl impl;
        private uint dim0, dim1, dim2;
        // other constructors
        Matrix3Elem(Matrix3Impl impl_, uint dim0_, uint dim1_, uint dim2_) 
            impl = impl_; dim0 = dim0_; dim1 = dim1_; dim2 = dim2_;
        
        public double Value
            get  return impl.GetAt(dim0,dim1,dim2); 
            set  impl.SetAt(dim0, dim1, dim2, value); 
        
    

    // implementation object
    internal class Matrix3Impl
    
        private double[] data;
        uint dsize0, dsize1, dsize2; // dimension sizes
        // .. Resize() 
        public double GetAt(uint dim0, uint dim1, uint dim2) 
            // .. check bounds
            return data[ (dim2 * dsize1 + dim1) * dsize0 + dim0 ];
        
        public void SetAt(uint dim0, uint dim1, uint dim2, double value) 
            // .. check bounds
            data[ (dim2 * dsize1 + dim1) * dsize0 + dim0 ] = value;
        
    

    private Matrix3Impl impl;

    public Matrix3Elem Elem(uint dim0, uint dim1, uint dim2)
        return new Matrix2Elem(dim0, dim1, dim2);
    
    // .. Resize
    // .. GetLength0(), GetLength1(), GetLength1()

然后使用这个类型来读写——'foo[1,2,3]'现在写成'foo.Elem(1,2,3).Value'，在读值和写时值，位于赋值和值表达式的左侧。

void normalize(Matrix3 m)

    double s = 0;
    for (i = 0; i < input.GetLength0; i++)     
        for (j = 0; j < input.GetLength(1); j++)       
            for (k = 0; k < input.GetLength(2); k++)
    
        s += m.Elem(i,j,k).Value;
    
    for (i = 0; i < input.GetLength0; i++)     
        for (j = 0; j < input.GetLength(1); j++)       
            for (k = 0; k < input.GetLength(2); k++)
    
        m.Elem(i,j,k).Value /= s;
    

同样，增加了开发成本，但共享数据，消除了复制开销和复制相关的开发成本。这是一个权衡。

【参考方案4】：

作为一种解决方法，您可以创建一个以一维形式维护数组的类（甚至可能更接近裸机形式，以便您可以轻松地将其传递给 COM 库？）然后在此类上重载 operator[] 以使其可用作 C# 代码中的多维数组。

【参考方案5】：

在不了解您的 COM 库的详细信息的情况下，我会考虑在 .Net 中创建一个外观类，并在必要时将其公开给 COM。 您的外观将采用 double[,,] 并有一个索引器，该索引器将从 [] 映射到 [,,]。

编辑：我同意 cmets 中提出的观点，Lorens 的建议更好。

【讨论】：

这行不通。 COM 将 需要 具有字面量 double[] 数组。如果有的话，您需要创建一个 .NET 类，使 double[] 的行为类似于 double[,,]。

我无法更改 COM 库。