【C#】メンバのvalueを動的&boxing回避で取得したい

Question

前提・実現したいこと

【C#】

• FieldやPropertyの値（の中でもstructやArrayを除くValue typeの変数）を動的に取得する
• （例えばReflectionにおけるGetValue(obj)などのように）boxingコストが発生するコードを避け、直接byte[]としてデータを取り出したい
• Expression TreeやILを用いた動的なコード生成によるboxing回避は極力避けたい（Compileのコストがかかる）
• "試した方法"にやったことを記載しておきます
• 何か「このような手法があるのでは？」ということがあれば教えていただけると幸いです

試した方法

1. GetValue

以下のようなコードを組み、順当にFieldInfoからGetValueするが、返り値は（たとえValue Typeであっても）objectであるため、boxing/unboxingコストが発生してしまう。（単純なフィールドからのGetValueだと1コードあたり0.2KBのGCゴミが発生していることが分かっている）

int data = (int)          // ここでunboxingコストが生じています
typeof(Hoge)              // HogeクラスにはHugaField(int)が存在します
   .GetField("hugaField") // hugaFieldのデータはintと仮定します
   .GetValue(obj);        // GetValueの返り値はobjectであるためboxingが発生します

2. FieldHandleを取得する

いまいち使い方が分からない。

var serInfo = new SerializationInfo(typeof(int), new FormatterConverter());
info.FieldHandle.GetObjectData(serInfo, new　StreamingContext(StreamingContextStates.All));
console.log(serInfo.GetValue("FieldObj", typeof(object)))

このようなコードを組むと感覚的に「オブジェクトデータが出てくるんじゃね？」と思ってしまったが、出力結果はこのFieldInfoを基底クラスとしたRuntimeFieldInfo（internalだったと思います）が出てくるのであまり意味がなかった。正しい使い方を知っている方がいたらご教授願いたい。

3. 王道にgenerics

今回のコンセプトが、「クラス内にある変数を動的に抜き出す」ことなので難しいかなと。
（無理やりtypeof(Hoge).MakeGeneric(~~~)でメソッドを作りInvokeするのもありだが、コストがboxingした時より大きくなってしまう）

4. Expression Tree

うん十倍もGCゴミが発生してしまう。（compile後のFuncをキャッシュしようとしてもfieldNameは可変なのでキャッシュする意味がない）

var target = Expression.Parameter(typeof(object), "target");
var fieldName = "hugaField";
var body =
        Expression.Convert(
            Expression.PropertyOrField(
                Expression.Convert(target, typeof(Test)), fieldName),
            typeof(int));
var lambda = Expression.Lambda<Func<object, int>>(body, target);
var func = lambda.Compile();
console.log(func(this));

5. Marshal

Marshal.PtrToStructure<int>()を使えばIntPtrから変数を得ることができるが、IntPtrをどこから持ってくるのだろうか。。。

6. やけくそでC++からのextern

現実的な線かなとは思っているのですが、C++の深い知識が少ないもので、他の解決策があるのであればそちらを使いたい。

補足情報

• フレームワーク

.NET 4.xを使っていますが、最悪バージョンは気にしません。

• 開発環境

あまり関係ないとは思いますが一応Visual Studioです。

最後まで読んでいただきありがとうございます。
何かアイディアがある方、こういうの知っているぞという方、是非ご教授願いたく思います。
よろしくお願いいたします。

追記

なぜ実現したいのか？

独自汎用シリアライザを作るためです（ライブラリを作成している）。多くのシリアライザはネストしたクラスや多次元配列、複雑なgenerics、独自定義クラスなどを自由度高くシリアライズできるライブラリはない（と認識している）ので作ってみようと思った。しかしネストしたクラスの構造を動的に取得する以上、動的に変数を取得する必要があり、（boxingコストを気にしなければ実現は可能なのですが）パフォーマンス向上のために（boxingコストが大きいことがデバッグでわかったので）なるべく不要なboxingを無くしたいと考えた。

unsafeによるアクセス

unsafeを用いる場合、ポインタがわかっているのであれば取得できるのだが、「動的にFieldやPropertyのポインタを取得する」方法が思いつかない。

Comments

[Zuishin]

リフレクションを許容できるならボクシングなど気にする必要ありません。気になるなら静的に取得してください。

強いて言うなら、目的によっては使えないかもしれませんが、データを取得するクラスを T4 などを使って自動生成すれば効率は良くなると思います。

[退会済みユーザー]

何故そういう事をしたいのか、具体的にどういう処理で使う事を想定しているのでしょう？

[yuya556223]

@Zuishin
アドバイスありがとうございます。
確かにリフレクションの負荷を考えると気にする必要は無いかもしれないですね。静的な取得では実現が難しいので気にしないことにします。

「データを取得するクラスをT4で自動生成」というのは与えられたTypeからGenericsを動的に生成するということでしょうか？？

[yuya556223]

@Zuishin @radian
追記いたします。

[Zuishin]

取得する対象のクラスがコンパイル時にわかっている場合に使える方法です。失念していましたが、unsafe が使えるならその方が楽で柔軟性も高いと思います。

[退会済みユーザー]

https://github.com/neuecc/MessagePack-CSharp
既存のシリアライザを使用するという選択肢はないですか？

[Zuishin]

シリアライザなら T4 を使う方法は使えませんね。

[yuya556223]

@Zuishin
ですよね。ありがとうございます。
勿論unsafeを使うことも視野に入れていますが、FieldやPropertyからポインタを取得する方法が見つからないのです...ポインタを取得することができれば後はデータを抜き出すなり(C#ライクにするなら)IntPtrを取得-->MarshalからPointerToStructure(ptr)で取得ができると思うのですが...

[Zuishin]

> FieldやPropertyからポインタを取得する方法が見つからないのです...

& はメンバーに使えないんでしたっけ？

[yuya556223]

@Radian
MessagePackより汎用なシリアライザライブラリを作りたいのです。

[yuya556223]

@Zuishin
&は使えるのですが、動的に取得することは構文上難しいのです。
ですので、fieldInfoなどから変数のポインタがどこにあるのかを知る必要があると考えました。
〇できる
int* ptr = &hoge;
×できない
hogeは特定できないので
int* ptr = &fieldinfoとclass object

[Zuishin]

プロパティはどのみち関数なので呼び出すまでアドレスはありませんしね。やはりリフレクションを使うしか方法が無いように思えます。

[yuya556223]

@Zuishin
そうですよね。確かに言われればそうですね。
ありがとうございます。

Answer 1

Unsafeクラスで直接メモリ操作すれば可能かもしれません
Unsafe クラス

Comments

[yuya556223]

アドバイスありがとうございます。
Unsafeでメモリ操作する場合、ポインタを取得する方法が必要なので、オブジェクトに含まれるFieldやPropertyのアドレスを動的に取得する方法があればよいのですが...

Answer 2

・C#のクラスのポインタは常に変化するので、その中のFieldやPropertyのアドレスを動的に取得することは難しい（Zuishin様より）
・このスキームを作る場合、Reflectionは許容せざるを得ないため、Boxingのコストは無視してもよいのではないか？（Zuishin様より）unsafeポインタ（radian様より）はあくまでクラスのアドレスをfixし、静的なポインタ取得をするのには向いているが、動的な取得時にはクラスオブジェクトをfixできないので難しい

【結論】
boxingはとりあえず許容するしかなさそう。

皆さま、丁寧な回答、ありがとうございました。
大変勉強になりました。