在 C/C++ 程式碼中，大量摻雜著包括普通型別和陣列的結構，如定義 PE 檔案頭結構的 IMAGE_OPTIONAL_HEADER 結構定義如下：

以下內容為程式程式碼: typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {     DWORD   VirtualAddress;     DWORD   Size; } IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY; #define IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES    16 typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {     WORD    Magic;     //...     DWORD   NumberOfRvaAndSizes;     IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES]; } IMAGE_OPTIONAL_HEADER32, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32;

    在 C/C++ 中這樣在結構中使用陣列是完全正確的，因為這些陣列將作為整個結構的一部分，在對結構操作時直接訪問結構所在記憶體塊。但在 C# 這類語言中，則無法直接如此使用，因為陣列是作為一種特殊的引用型別存在的，如定義：

以下內容為程式程式碼: public struct IMAGE_DATA_DIRECTORY {   public uint VirtualAddress;   public uint Size; } public struct IMAGE_OPTIONAL_HEADER {   public const int IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES = 16;   public ushort Magic;   //...   public uint NumberOfRvaAndSizes;   public IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES]; }

    在 C# 中這樣定義結構中的陣列是錯誤的，會在編譯時獲得一個 CS0650 錯誤：

以下為引用： error CS0650: 語法錯誤，錯誤的陣列宣告符。若要宣告託管陣列，秩說明符應位於變數識別符號之前

    如果改用 C# 中引用型別的類似定義語法，如

以下內容為程式程式碼: public struct IMAGE_OPTIONAL_HEADER {   public const int IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES = 16;   public ushort Magic;   //...   public uint NumberOfRvaAndSizes;   public IMAGE_DATA_DIRECTORY[] DataDirectory = new IMAGE_DATA_DIRECTORY[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES]; }

    則得到一個 CS0573 錯誤：

以下為引用： error CS0573: “IMAGE_OPTIONAL_HEADER.DataDirectory” : 結構中不能有例項欄位初始值設定項

    因為結構內是不能夠有引用型別的初始化的，這與 class 的初始化工作不同。如此一來只能將陣列的初始化放到建構函式中，而且結構還不能有無引數的預設建構函式，真是麻煩，呵呵

以下內容為程式程式碼: public struct IMAGE_OPTIONAL_HEADER {   public const int IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES = 16;   public ushort Magic;   public uint NumberOfRvaAndSizes;   public IMAGE_DATA_DIRECTORY[] DataDirectory;   public IMAGE_OPTIONAL_HEADER(IntPtr ptr)   {     Magic = 0;     NumberOfRvaAndSizes = 0;     DataDirectory = new IMAGE_DATA_DIRECTORY[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];   } }

    這樣一來看起來似乎能使了，但如果使用 Marshal.SizeOf(typeof(IMAGE_OPTIONAL_HEADER)) 看看就會發現，其長度根本就跟 C/C++ 中定義的長度不同。問題還是在於結構中陣列，雖然看起來此陣列是定義在結構內，但實際上在此結構中只有一個指向 IMAGE_DATA_DIRECTORY[] 陣列型別的指標而已，本應儲存在 DataDirectory 未知的陣列內容，是在託管堆中。
    於是問題就變成如何將引用型別的陣列，放在一個值型別的結構中。

    解決的方法有很多，如通過 StructLayout 顯式指定結構的長度來限定內容：

以下內容為程式程式碼: [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Size=XXX)] public struct IMAGE_OPTIONAL_HEADER {   public const int IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES = 16;   public ushort Magic;   public uint NumberOfRvaAndSizes;   public IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory; }

    注意這兒 StructLayout 中 Size 指定的是整個結構的長度，因為 DataDirectory 已經是最後一個欄位，故而陣列的後 15 個元素被儲存在未命名的堆疊空間內。使用的時候稍微麻煩一點，需要一次性讀取整個結構，然後通過 unsafe 程式碼的指標操作來訪問 DataDirectory 欄位後面的其他陣列元素。
    這種方法的優點是定義簡單，但使用時需要依賴 unsafe 的指標操作程式碼，且受到陣列欄位必須是在最後的限制。當然也可以通過 LayoutKind.Explicit 顯式指定每個欄位的未知來模擬多個結構內嵌陣列，但這需要手工計算每個欄位偏移，比較麻煩。

    另外一種解決方法是通過 Marshal 的支援，顯式定義陣列元素所佔位置，如

以下內容為程式程式碼: [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack=1)] public struct IMAGE_OPTIONAL_HEADER {   public const int IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES = 16;   public ushort Magic;   public uint NumberOfRvaAndSizes;   [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst=IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES)]   public IMAGE_DATA_DIRECTORY[] DataDirectory; }

    這種方法相對來說要優雅一些，通過 Marshal 機制支援的屬性來定義值陣列語義，使用起來與普通的陣列區別不算太大。上述陣列定義被編譯成 IL 定義：

以下內容為程式程式碼: .field public  marshal( fixed array [16]) valuetype IMAGE_DATA_DIRECTORY[] DataDirectory

    雖然型別還是 valuetype IMAGE_DATA_DIRECTORY[]，但因為 marshal( fixed array [16]) 的修飾，此陣列已經從引用語義改為值語義。不過這樣做還是會受到一些限制，如不能多層巢狀、使用時效能受到影響等等。

    除了上述兩種在結構定義本身做文章的解決方法，還可以從結構的操作上做文章。

    此類結構除了對結構內陣列的訪問外，主要的操作型別就是從記憶體塊或輸入流中讀取整個結構，因此完全可以使用 CLR 提高的二進位制序列化支援，通過實現自定義序列化函式來完成資料的載入和儲存，如：

以下內容為程式程式碼: [Serializable] public struct IMAGE_OPTIONAL_HEADER : ISerializable {   public const int IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES = 16;   public ushort Magic;   public uint NumberOfRvaAndSizes;   public IMAGE_DATA_DIRECTORY[] DataDirectory;   public IMAGE_OPTIONAL_HEADER(IntPtr ptr)   {     Magic = 0;     NumberOfRvaAndSizes = 0;     DataDirectory = new IMAGE_DATA_DIRECTORY[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];   }   [SecurityPermissionAttribute(SecurityAction.Demand,SerializationFormatter=true)]   public virtual void GetObjectData(SerializationInfo info, StreamingContext context)   {     // 完成序列化操作   } }

    這種解決方法可以將結構的載入和儲存，與結構的內部表現完全分離開來。雖然結構內部儲存的只是陣列引用，但使用者並不需關心。但缺點是必須為每個結構都編寫相應的序列化支援程式碼，編寫和維護都比較麻煩。

    與此思路類似的是我比較喜歡的一種解決方法，通過一個公共工具基類以 Reflection 的方式統一處理，如：

以下內容為程式程式碼: public class IMAGE_OPTIONAL_HEADER : BinaryBlock {   public const int IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES = 16;   public ushort Magic;   public uint NumberOfRvaAndSizes;   public IMAGE_DATA_DIRECTORY[] DataDirectory = new IMAGE_DATA_DIRECTORY[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES]; }

    注意原本的 struct 在這兒已經改為 class，因為通過這種方式已經沒有必要非得固守值型別的記憶體模型。BinaryBlock 是一個公共的工具基類，負責通過 Reflection 提供型別的載入和儲存功能，如

以下內容為程式程式碼: public class BinaryBlock {   private static readonly ILog _log = LogManager.GetLogger(typeof(BinaryBlock)); public BinaryBlock() { }   static public object LoadFromStream(BinaryReader reader, Type objType)   {     if(objType.Equals(typeof(char)))     {       return reader.ReadChar();     }     else if(objType.Equals(typeof(byte)))     {       return reader.ReadByte();     }     //...     else if(objType.Equals(typeof(double)))     {       return reader.ReadDouble();     }     else if(objType.IsArray)     {       // 處理陣列的情況     }     else     {       foreach(FieldInfo field in ClassType.GetFields())       {         field.SetValue(obj, LoadFromStream(...));       }     }     return true;   }   public bool LoadFromStream(Stream stream)   {     return LoadFromStream(new BinaryReader(stream), this);   } }

    LoadFromStream 是一個巢狀方法，負責根據指定欄位型別從流中載入相應的值。使用時只需要對整個型別呼叫此方法，則會自動以 Reflection 機制，遍歷類的所有欄位進行處理，如果有巢狀定義的情況也可以直接處理。使用此方法，型別本身的定義基本上就無需擔心載入和儲存機制，只要從 BinaryBlock 型別繼承即可。有興趣的朋友還可以對此類進一步擴充套件，支援二進位制序列化機制。

    此外 C# 2.0 中為了解決此類問題提供了一個新的 fixed array 機制，支援在結構中直接定義內嵌值語義的陣列，如

以下內容為程式程式碼: struct data {     int header;     fixed int values[10]; }

    此結構在編譯時由編譯器將陣列欄位翻譯成一個外部值型別結構，以實現合適的空間佈局，如

以下內容為程式程式碼: .class private sequential ansi sealed beforefieldinit data        extends [mscorlib]System.ValueType {   .class sequential ansi sealed nested public beforefieldinit '<values>e__FixedBuffer0'          extends [mscorlib]System.ValueType   {     .pack 0     .size 40     .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor() = ( 01 00 00 00 [img]/images/wink.gif[/img]     .field public int32 FixedElementField   } // end of class '<values>e__FixedBuffer0'   .field public int32 header   .field public valuetype data/'<values>e__FixedBuffer0' values   .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.FixedBufferAttribute::.ctor(class [mscorlib]System.Type, int32) = ( ...) } // end of class data

    可以看到 values 欄位被編譯成一個值型別，而值型別本身使用的是類似於上述第一種解決方法的思路，強行限制結構長度。而在使用時，也完全是類似於第一種解決方法的 unsafe 操作，如對此陣列的訪問被編譯成 unsafe 的指標操作：

以下內容為程式程式碼: // 編譯前 for(int i=0; i<10; i++)   d.values[i] = i; // 編譯後 for(int i=0; i<10; i++)   &data1.values.FixedElementField[(((IntPtr) i) * 4)] = i;

    不幸的是這種方式必須通過 unsafe 方式編譯，因為其內部都是通過 unsafe 方式實現的。而且也只能處理一級的巢狀定義，如果將 IMAGE_OPTIONAL_HEADER 的定義轉換過來會得到一個 CS1663 錯誤：

以下內容為程式程式碼: error CS1663: Fixed sized buffer type must be one of the following: bool, byte, short, int, long, char, sbyte, ushort, uint, ulong, float or double