使用PInvoke互操作,讓C#和C++愉快的交互優勢互補

来源:https://www.cnblogs.com/huangxincheng/archive/2020/05/29/12985351.html
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一:背景 1. 講故事 如果你常翻看FCL的源碼,你會發現這裡面有不少方法藉助了C/C++的力量讓C#更快更強悍,如下所示: [DllImport("QCall", CharSet = CharSet.Unicode)] [SecurityCritical] [SuppressUnmanagedCo ...


一:背景

1. 講故事

如果你常翻看FCL的源碼,你會發現這裡面有不少方法藉助了C/C++的力量讓C#更快更強悍,如下所示:


	[DllImport("QCall", CharSet = CharSet.Unicode)]
	[SecurityCritical]
	[SuppressUnmanagedCodeSecurity]
	private static extern bool InternalUseRandomizedHashing();

	[DllImport("mscoree.dll", EntryPoint = "ND_RU1")]
	[SuppressUnmanagedCodeSecurity]
	[SecurityCritical]
	public static extern byte ReadByte([In] [MarshalAs(UnmanagedType.AsAny)] object ptr, int ofs);

聯想到上一篇阿裡簡訊netsdk也是全用C++實現,然後用C#做一層殼,兩者相互打輔助彰顯更強大的威力,還有很多做物聯網的朋友對這種.Net互操作技術太熟悉不過了,很多硬體,視頻設備驅動都是用C/C++實現,然後用winform/WPF去做管理界面,C++還是在大學里學過,好多年沒接觸了,為了練手這一篇用P/Invoke來將兩者相互打通。

二:PInvoke互操作技術

1. 一些前置基礎

這裡我用vs2019創建C++的Console App,修改兩個配置: 將程式導出為dll,修改成compile方式為Compile as C++ Code (/TP)

2. 基本類型的互操作

簡單類型是最好處理的,基本上int,long,double都是一一對應的,這裡我用C++實現了簡單的Sum操作,畫一個簡圖就是下麵這樣:

新建一個cpp文件和一個h頭文件,如下代碼。


--- Person.cpp

extern "C"
{
	_declspec(dllexport) int Sum(int a, int b);
}


--- Person.h

#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;

int Sum(int a, int b)
{
	return a + b;
}

有一個註意的地方就是 extern "C",一定要用C方式導出,如果按照C++方式,Sum名稱會被編譯器自動修改,不信你把extern "C"去掉,我用ida打開給你看一下,被修改成了 ?Sum@@YAHHH@Z, 尷尬。

接下來把C++項目生成好的 ConsoleApplication1.dll copy到C#的bin目錄下,代碼如下:


    class Program
    {
        [DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
        extern static int Sum(int a, int b);

        static void Main(string[] args)
        {
            var result = Sum(10, 20);

            Console.WriteLine($"10+20={result}");

            Console.ReadLine();
        }
    }

---- output -----

10+20=30

2. 字元串的互操作

我們知道托管代碼和非托管代碼是兩個世界,這中間涉及到了兩個世界的的類型映射,那映射關係去哪找呢? 微軟的msdn還真有一篇介紹 封送通用類型對照表: https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/native-interop/type-marshaling ,大家有興趣可以看一下。

從圖中可以看到,C#中的string對應C++中的char*,所以這裡就好處理了。


--- Person.cpp

extern "C"
{
	//字元串
	_declspec(dllexport) int GetLength(char* chs);
}


--- Person.h

#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;

int GetLength(char* chs)
{
	return strlen(chs);
}

然後我們看一下C#這邊怎麼寫,通常string在C++中使用asc碼,而C#中是Unicode,所以在DllImport中加一個CharSet指定即可。


    class Program
    {
        [DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Ansi)]
        extern static int GetLength([MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] string str);

        static void Main(string[] args)
        {
            var str = "hello world";
            Console.WriteLine($"length={GetLength(str)}");

            Console.ReadLine();
        }
    }

---- output -----

length=11

3. 複雜類型的處理

複雜類型配置對應關係就難搞了,還容易搞錯,錯了弄不好還記憶體泄漏,怕了吧,幸好微軟提供了一個小工具P/Invoke Interop Assistant ,它可以幫助我們自動匹配對應關係,我就演示一個封送Person類的例子。

從圖中可以看到,左邊寫好 C++,右邊自動給你配好C#的映射類型,非常方便。


--- Person.cpp

extern "C"
{
	class Person
	{
	public:
		char* username;
		char* password;
	};

	_declspec(dllexport) char* AddPerson(Person person);
}

--- Person.h

#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;

char* AddPerson(Person person)
{
	return person.username;
}

可以看到C++中AddPerson返回了char*,在C#中我們用IntPtr來接,然後用Marshal將指針轉換string,接下來用工具生成好的C#代碼拷到項目中來,如下:


    [System.Runtime.InteropServices.StructLayoutAttribute(System.Runtime.InteropServices.LayoutKind.Sequential)]
    public struct Person
    {
        /// char*
        [System.Runtime.InteropServices.MarshalAsAttribute(System.Runtime.InteropServices.UnmanagedType.LPStr)]
        public string username;

        /// char*
        [System.Runtime.InteropServices.MarshalAsAttribute(System.Runtime.InteropServices.UnmanagedType.LPStr)]
        public string password;
    }   

    class Program
    {
        [DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Ansi)]
        extern static IntPtr AddPerson(Person person);

        static void Main(string[] args)
        {
            var person = new Person() { username = "dotnetfly", password = "123456" };

            var ptr = AddPerson(person);
            var str = Marshal.PtrToStringAnsi(ptr);

            Console.WriteLine($"username={str}");

            Console.ReadLine();
        }
    }

---------- output ------------

username=dotnetfly

4. 回調函數(非同步)的處理

前面介紹的3種情況都是單向的,即C#向C++傳遞數據,有的時候也需要C++主動調用C#的函數,我們知道C#是用回調函數,也就是委托包裝,具體我就不說了,很開心的是C++可以直接接你的委托,看下怎麼實現。


--- Person.cpp

extern "C"
{
	//函數指針
	typedef void(_stdcall* PCALLBACK) (int result);
	_declspec(dllexport) void AsyncProcess(PCALLBACK ptr);
}

--- Person.h

#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;

void AsyncProcess(PCALLBACK ptr)
{
	ptr(10);  //回調C#的委托
}

從代碼中看到,PCALLBACK就是我定義了函數指針,接受int參數。


    class Program
    {
        delegate void Callback(int a);

        [DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
        extern static void AsyncProcess(Callback callback);

        static void Main(string[] args)
        {
            AsyncProcess((i) =>
            {
                //這裡回調函數哦...

                Console.WriteLine($"這是回調函數哦: {i}");
            });

            Console.ReadLine();
        }
    }

------- output -------  

這是回調函數哦: 10

這裡我做了一個自定義的delegate,因為我使用Action<T>不接受泛型拋異常(┬_┬)。

四:總結

這讓我想起來前段時間用python實現的線性回歸,為了簡便我使用了http和C#交互,這次準備用C++改寫然後PInvoke直接交互就利索了,好了,藉助C++的生態,讓 C# 如虎添翼吧~~~


如您有更多問題與我互動,掃描下方進來吧~


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