问题描述
我正在使用 C# 并尝试将四个字节打包成一个浮点数（上下文是游戏开发，其中 RGBA 颜色被打包到单个值中）。为此，我使用了 BitConverter，但某些转换似乎会导致不正确的字节。以下面的例子（使用字节 0,129,255）：
var before = new [] { (byte)0,(byte)0,(byte)129,(byte)255 };
var f = BitConverter.ToSingle(before,0); // Results in NaN
var after = BitConverter.GetBytes(f); // Results in bytes 0,193,255
使用 https://www.h-schmidt.net/FloatConverter/IEEE754.html，我验证了以我开头的四个字节（0,255，相当于二进制 00000000000000001000000111111111）表示浮点值 4.66338115943e-41。通过翻转字节序（二进制 11111111100000010000000000000000），我得到 NaN（与上面代码中的 f 匹配）。但是当我将该浮点数转换回字节时，我得到 0,255（注意 193 当我期待 129 时）。
奇怪的是，使用字节 0,128,255 运行相同的示例是正确的（浮点值 f 变为 -Infinity，然后再次转换回字节产生 0,255）。鉴于这一事实，我怀疑 NaN 是相关的。
有人能解释一下这里发生了什么吗？
更新：问题 Converting 2 bytes to Short in C# 被列为重复项，但这是不准确的。该问题试图将字节转换为值（在这种情况下，两个字节转换为短字节）并且不正确的字节顺序给出了意外的值。就我而言，实际浮点值无关紧要（因为我没有将转换后的值作为浮点数使用）。相反，我试图通过首先转换为浮点数，然后再转换回来，有效地将四个字节直接重新解释为浮点数。如图所示，这种来回有时会返回与我发送的字节不同的字节。
第二次更新：我会简单地提出我的问题。正如 Peter Duniho 评论的那样，BitConverter 永远不会修改您传入的字节，而只是将它们复制到新的内存位置并重新解释结果。但是，正如我的示例所示，可以发送四个字节 (0,255)，这些字节在内部复制并重新解释为浮点数，然后将该浮点数转换回与 不同 的字节原件 (0,255)。
与 BitConverter 相关的字节顺序经常被提及。但是，在这种情况下，我觉得字节序不是根本问题。当我调用 BitConverter.ToSingle 时，我传入了一个包含四个字节的数组。这些字节代表一些转换为浮点数的二进制（32 位）。通过在函数调用之前改变字节序，我所做的就是改变我发送到函数中的位。无论这些位的值如何，都应该可以将它们转换为浮点数（也是 32 位），然后将浮点数转换回以获取我发送的相同位.如我的示例所示，使用字节 0,255（二进制 00000000000000001000000111111111）会产生浮点值。我想获取该值（由这些位表示的浮点数）并将其转换为原始的四个字节。
这在 C# 中在所有情况下都可能吗？
解决方法
经过研究、实验和与朋友的讨论，这种行为的根本原因（在与浮点数之间转换时字节发生变化）似乎是 signaling vs. quiet NaNs（正如 Hans Passant 在评论中指出的那样）。我不是信号和安静 NaN 方面的专家，但据我所知，安静 NaN 将尾数的最高位设置为 1，而 信令 NaN 将该位设置为零。请参阅下图（取自 https://www.h-schmidt.net/FloatConverter/IEEE754.html）以供参考。我在每组八位周围绘制了四个彩色框，以及一个指向最高尾数位的箭头。
当然，我发布的问题不是关于浮点位布局或信号与安静的 NaN，而是简单地询问为什么我的编码字节似乎被修改了。答案是 C# 运行时（或者至少我假设它是 C# 运行时）在内部将所有信号 NaN 转换为安静，这意味着 在那里编码的字节位置的第二位从零交换为一。
例如，字节 0,129,255（以相反的顺序编码，我认为由于字节序）将值 129 放在第二个字节（绿色框）中。二进制中的 129 是 10000001，因此翻转它的第二位给出 11000001，即 193（正是我在原始示例中看到的）。这种相同的模式（编码字节的值已更改）适用于 129-191 范围内的所有字节。字节 128 和更低的不是 NaN，而字节 192 和更高的是 NaN，但没有修改它们的值，因为它们的第二位（放置在最高的 -顺序尾数位）已经是一个。
这样就可以回答为什么会发生这种行为，但在我看来，还有两个问题：
- 是否可以在 C# 中禁用此行为（将信号 NaN 转换为安静）？
- 如果没有，有什么解决方法？
第一个问题的答案似乎是否（如果我了解到其他情况，我会修改此答案）。但是，请务必注意，此行为在所有 .NET 版本中似乎不一致。在我的计算机上，NaN 在我尝试过的每个 .NET Framework 版本（从 4.8.0 开始，然后向下工作）上被转换（即我的编码字节发生了变化）。 NaN 在 .NET Core 3 和 .NET 5 中似乎没有被转换（即我的编码字节没有改变）（我没有测试每个可用版本）。此外，一位朋友能够在 .NET Framework 4.7.2 上运行相同的示例代码，令人惊讶的是，他的机器上的字节没有被修改。不同 C# 运行时的内部结构不是我的专业领域，但足以说明版本和计算机之间存在差异。
第二个问题的答案是，正如其他人所建议的那样，完全避免浮点转换。相反，每组四个字节（在我的例子中代表 RGBA 颜色）既可以用整数编码，也可以直接添加到字节数组中。