一:背景
1. 讲故事
如果你常翻看FCL的源码,你会发现这里面有不少方法借助了C/C++的力量让C#更快更强悍,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);
联想到上一篇阿里短信netsdk也是全用C++实现,然后用C#做一层壳,两者相互打辅助彰显更强大的威力,还有很多做物联网的朋友对这种.Net互操作技术太熟悉不过了,很多硬件,视频设备驱动都是用C/C++实现,然后用winform/WPF去做管理界面,C++还是在大学里学过,好多年没接触了,为了练手这一篇用P/Invoke来将两者相互打通。
二:PInvoke互操作技术
1. 一些前置基础
这里我用vs2019创建C++的Console App,修改两个配置: 将程序导出为dll,修改成compile方式为Compile as C++ Code (/TP)
。
2. 基本类型的互操作
简单类型是最好处理的,基本上int,long,double都是一一对应的,这里我用C++实现了简单的Sum操作,画一个简图就是下面这样:
新建一个cpp文件和一个h头文件,如下代码。
--- Person.cppextern "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;
}
有一个注意的地方就是 extern "C"
,一定要用C方式导出,如果按照C++方式,Sum名称会被编译器自动修改,不信你把extern "C"
去掉,我用ida打开给你看一下,被修改成了 ?Sum@@YAHHH@Z
, 尴尬。
接下来把C++项目生成好的 ConsoleApplication1.dll
copy到C#的bin目录下,代码如下:
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($"10+20={result}");Console.ReadLine();}}---- output -----10+20=30
2. 字符串的互操作
我们知道托管代码和非托管代码是两个世界,这中间涉及到了两个世界的的类型映射,那映射关系去哪找呢? 微软的msdn还真有一篇介绍 封送通用类型对照表: https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/native-interop/type-marshaling ,大家有兴趣可以看一下。
从图中可以看到,C#中的string对应C++中的char*,所以这里就好处理了。
--- Person.cppextern "C"
{//字符串_declspec(dllexport) int GetLength(char* chs);
}--- Person.h#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;int GetLength(char* chs){return strlen(chs);
}
然后我们看一下C#这边怎么写,通常string在C++中使用asc码,而C#中是Unicode,所以在DllImport中加一个CharSet指定即可。
class Program{[DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Ansi)]extern static int GetLength([MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] string str);static void Main(string[] args){var str = "hello world";Console.WriteLine($"length={GetLength(str)}");Console.ReadLine();}}---- output -----length=11
3. 复杂类型的处理
复杂类型配置对应关系就难搞了,还容易搞错,错了弄不好还内存泄漏,怕了吧,幸好微软提供了一个小工具P/Invoke Interop Assistant
,它可以帮助我们自动匹配对应关系,我就演示一个封送Person类的例子。
从图中可以看到,左边写好 C++
,右边自动给你配好C#
的映射类型,非常方便。
--- Person.cppextern "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#中我们用IntPtr来接,然后用Marshal将指针转换string,接下来用工具生成好的C#代码拷到项目中来,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($"username={str}");Console.ReadLine();}}---------- output ------------username=dotnetfly
4. 回调函数(异步)的处理
前面介绍的3种情况都是单向的,即C#向C++传递数据,有的时候也需要C++主动调用C#的函数,我们知道C#是用回调函数,也就是委托包装,具体我就不说了,很开心的是C++可以直接接你的委托,看下怎么实现。
--- Person.cppextern "C"
{//函数指针typedef void(_stdcall* PCALLBACK) (int result);_declspec(dllexport) void AsyncProcess(PCALLBACK ptr);
}--- Person.h#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;void AsyncProcess(PCALLBACK ptr){ptr(10); //回调C#的委托
}
从代码中看到,PCALLBACK就是我定义了函数指针,接受int参数。
class Program{delegate void Callback(int a);[DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]extern static void AsyncProcess(Callback callback);static void Main(string[] args){AsyncProcess((i) =>{//这里回调函数哦...Console.WriteLine($"这是回调函数哦: {i}");});Console.ReadLine();}}------- output ------- 这是回调函数哦: 10
这里我做了一个自定义的delegate,因为我使用Action<T>
不接受泛型抛异常(┬_┬)。
四:总结
这让我想起来前段时间用python实现的线性回归,为了简便我使用了http和C#交互,这次准备用C++改写然后PInvoke直接交互就利索了,好了,借助C++的生态,让 C# 如虎添翼吧~~~