[C#7.2] unsafeステートメントにもマーシャラーにも頼らないで、固定サイズ配列を含む構造体をP/Invokeで受け渡しする方法

TL;DR

• StructLayout属性でSizeを指定した構造体を用意する。
• それをrefとSpan構造体で読み出す。

従来の方法:unsafeステートメントとマーシャラーを使用する場合

P/Invokeで、固定長サイズ配列を含む構造体を受け渡す場合、主に下記の2つの方法を用いると思います。
GetMonitorInfoとMONITORINFOを例にすると、下記のような定義です。

ネイティブの定義(UNICODEビルド前提で簡略可)

#define CCHDEVICENAME 32
struct MONITORINFOEX
{
    DWORD   cbSize;
    RECT    rcMonitor;
    RECT    rcWork;
    DWORD   dwFlags;
    WCHAR   szDevice[CCHDEVICENAME];
};

BOOL WINAPI GetMonitorInfo(
    HMONITOR hMonitor,
    LPMONITORINFO lpmi);

unsafeステートメントの場合

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
unsafe struct MONITORINFOEX
{
    public int cbSize;
    public RECT rcMonitor;
    public RECT rcWork;
    public uint dwFlags;
    public fixed char szDevice[32];
};
[DllImport("User32.dll", CharSet = CharSet.Unicode)]
static extern bool GetMonitorInfo(IntPtr hMonitor, ref MONITORINFOEX lpmi);

この後、unsafeコンテキストでMONITORINFOEX.szDeviceから文字列などにコピーする必要があります。

マーシャリングする場合

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Unicode)]
struct MONITORINFOEX
{
    // ...省略...
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 32)]
    public char[] szDevice;
};
[DllImport("User32.dll", CharSet = CharSet.Unicode)]
static extern bool GetMonitorInfo(IntPtr hMonitor, ref MONITORINFOEX lpmi);

※MONITORINFOEX.szDeviceはstring/ByValTStrにしたほうが扱いやすいですが、対比のためchar[]/ByValArrayにしています。

問題点

unsafeを使った方がヒープにオブジェクトを作成しない分効率がいいんですが、呼び出し元でもunsafeコンテキストが必要になるので、取り扱いづらいです。
(まぁP/Invokeを使う時点でパフォーマンスを気にしないほうがいいんですが。)

C#7.2以降で使用できる方法

StructLayout属性でSizeを指定した構造体を用意する。

ここからが本題です。
昔からですが、StructLayout属性にはSizeフィールドがあり、構造体のサイズを設定出来ます。

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Size = 32 * sizeof(char), CharSet = CharSet.Unicode)]
public struct FixedLengthCharArray32
{
    public char First;
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Unicode)]
struct MONITORINFOEX
{
    // ...省略...
    FixedLengthCharArray32 szDevice;
};

ただサイズを設定できるだけで、中身を参照しようとするとunsafeステートメントが必要なので、この構造体を使う意義がありませんでした。

refとSpan構造体で読み出す

そこでrefとSpan構造体です。
フィールドの参照からSpan構造体を構築すれば、後はToStringなりインデクサーでアクセス出来ます。
unsafeコンテキストも要らないので扱いやすいです。

var monitorInfo = new MONITORINFOEX { cbSize = Unsafe.SizeOf<MONITORINFOEX>() };
GetMonitorInfo(hMonitor, ref monitorInfo);
var s = MemoryMarshal.CreateReadOnlySpan(ref monitorInfo.szDevice.First,  Marshal.SizeOf<FixedLengthCharArray32>()).ToString();

残念ながら.Net Standard 2.0(.NET Framework)だとMemoryMarshal.CreateReadOnlySpanが無いので、相当するメソッドをunsafeコンテキストで実装する(もしくはライブラリを使用する等の)必要があります。

一般化

配列の型とサイズ毎に構造体を用意する必要があり定型コードが多いので、自動生成などをしたほうがいいでしょう。
T4テンプレート等で作成してみたバージョンはこちら。