如何在 C# 中重塑数组

Question

我在 c# 中有一个 3D 字节数组，我从位图读取：

byte[w, h, 3]

将这个数组重新整形为 2D（线性）形式的最简单且性能更友好的方法是什么？

byte[w*h, 3]

换句话说，我想保持通道（特征）的数量，但保持线性（而不是方形）

让我试着说明输入和期望的输出：

输入：

|(r1,g1,b1)    (r2,g2,b2)    (r3,g3,b3)|
|(r4,g4,b4)    (r5,g5,b5)    (r6,g6,b6)|
|(r7,g7,b7)    (r8,g8,b8)    (r9,g9,b9)|

注意 arr[0, 0, 0] = r1, arr[0, 0, 1] = g1, arr[0, 0, 2] = b1，等等。

和输出：

|(r1,g1,b1)    (r2,g2,b2)    (r3,g3,b3)    (r4,g4,b4)    (r5,g5,b5)    (r6,g6,b6) ...|

Answer 1

这似乎工作正常，因为数组在内存中已经是正确的形状：

var a = new byte[2,  2, 2] { { { 1, 2 }, { 3, 4 } }, { { 5, 6 }, { 7, 8 } } };
var b = new byte[2 * 2, 2];

//sizeof(byte) is obviously 1 here, but I put it there for documentation
Buffer.BlockCopy(a, 0, b, 0, a.Length * sizeof(byte));

---

对于那些感兴趣的人：至于如果你真的想转置一个二维数组到一维怎么办：

byte[,] a = {
    {1, 2},
    {3, 4},
    {5, 6},
};
var b = new byte[a.GetLength(1) * a.GetLength(0)]; //Transpose

const int R_STRIDE1 = 8; //Tune this for your CPU
const int C_STRIDE1 = 8; //Tune this for your CPU

//You should hoist the calls to GetLength() out of the loop unlike what I do here
for (int r1 = 0; r1 < a.GetLength(0); r1 += R_STRIDE1)
for (int c1 = 0; c1 < a.GetLength(1); c1 += C_STRIDE1)
    for (int r2 = 0; r2 < R_STRIDE1; r2++)
    for (int c2 = 0; c2 < C_STRIDE1; c2++)
    {
        var r = r1 + r2;
        var c = c1 + c2;
        if (r < a.GetLength(0) && c < a.GetLength(1))
            b[c * a.GetLength(0) + r] = a[r, c];
    }

这应该利用 CPU 中的缓存。我仅对此进行了有限的测试——它仍然可能很慢。如果是，请尝试调整它。
您可以（有点不平凡）将其扩展到 3D 数组。

Answer 2

Buffer.BlockCopy 会做到的。至少，它在这个简单的测试中有效。

byte[, ,] src = new byte[10, 10, 3];
byte[,] dest = new byte[100, 3];

List<byte> srcList = new List<byte>();
Random rnd = new Random();
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
    for (int j = 0; j < 10; ++j)
    {
        for (int k = 0; k < 3; ++k)
        {
            byte b = (byte)rnd.Next();
            src[i, j, k] = b;
            srcList.Add(b);
        }
    }
}

Buffer.BlockCopy(src, 0, dest, 0, 300);

List<byte> destList = new List<byte>();
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
    for (int j = 0; j < 3; ++j)
    {
        destList.Add(dest[i, j]);
    }
}

// See if they're in the same order
for (int i = 0; i < srcList.Count; ++i)
{
    Console.WriteLine("{0,3:N0} - {1,3:N0}", srcList[i], destList[i]);
    if (srcList[i] != destList[i])
    {
        Console.WriteLine("ERROR!");
    }
}

也就是说，我不会以这种方式使用 Buffer.BlockCopy，除非我绝对确定没有填充问题等奇怪的情况。虽然 Buffer.BlockCopy 肯定更快与等效的显式循环相比，它不应该对程序的运行时间产生实质性影响。除非您在一段被非常非常频繁地调用的代码中进行这种转换......在这种情况下，您会遇到更大的问题。

我建议编写显式循环。

Answer 3

作为替代方案，您可能想使用System.Numerics.Tensors：

它使重塑变得非常容易：

using System.Numerics.Tensors;
..
var src = new byte[3, w, h]
var dst = ArrayTensorExtensions
    .ToTensor(src)
    .Reshape(new[] { 3, w * h });