使用PInvoke互操作，讓C#和C++愉快的交互優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)
一、背景
1. 講故事
如果你常翻看FCL的源碼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這里面有不少方法借助了C/C++的力量讓C#更快更強(qiáng)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(lián)想到上一篇阿里短信netsdk也是全用C++實(shí)現(xiàn)，然后用C#做一層殼，兩者相互打輔助彰顯更強(qiáng)大的威力，還有很多做物聯(lián)網(wǎng)的朋友對(duì)這種.Net互操作技術(shù)太熟悉不過(guò)了，很多硬件，視頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)都是用C/C++實(shí)現(xiàn)，然后用winform/WPF去做管理界面，C++還是在大學(xué)里學(xué)過(guò)，好多年沒接觸了，為了練手這一篇用P/Invoke來(lái)將兩者相互打通。
二、PInvoke互操作技術(shù)
1. 一些前置基礎(chǔ)
這里我用vs2019創(chuàng)建C++的Console App，修改兩個(gè)配置：將程序?qū)С鰹閐ll，修改成compile方式為Compile as C++ Code (/TP)。
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2. 基本類型的互操作
簡(jiǎn)單類型是最好處理的，基本上int,long，double都是一一對(duì)應(yīng)的，這里我用C++實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的Sum操作，畫一個(gè)簡(jiǎn)圖就是下面這樣：
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新建一個(gè)cpp文件和一個(gè)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(gè)注意的地方就是 extern "C"，一定要用C方式導(dǎo)出，如果按照C++方式，Sum名稱會(huì)被編譯器自動(dòng)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。
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接下來(lái)把C++項(xiàng)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($"10+20={result}");
Console.ReadLine();
}
}
---- output -----
10+20=303. 字符串的互操作
我們知道托管代碼和非托管代碼是兩個(gè)世界，這中間涉及到了兩個(gè)世界的的類型映射，那映射關(guān)系去哪找呢？微軟的msdn還真有一篇介紹 封送通用類型對(duì)照表：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/native-interop/type-marshaling ，大家有興趣可以看一下。
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從圖中可以看到，C#中的string對(duì)應(yīng)C++中的char*，所以這里就好處理了。
--- Person.cpp
extern "C"
{
//字符串
_declspec(dllexport) int GetLength(char* chs);
}
--- Person.h
#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;
int GetLength(char* chs){
return strlen(chs);
}然后我們看一下C#這邊怎么寫，通常string在C++中使用asc碼，而C#中是Unicode，所以在DllImport中加一個(gè)CharSet指定即可。
class Program
{
[DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Ansi)]
extern static int GetLength([MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] string str);
static void Main(string[] args)
{
var str = "hello world";
Console.WriteLine($"length={GetLength(str)}");
Console.ReadLine();
}
}
---- output -----
length=114. 復(fù)雜類型的處理
復(fù)雜類型配置對(duì)應(yīng)關(guān)系就難搞了，還容易搞錯(cuò)，錯(cuò)了弄不好還內(nèi)存泄漏，怕了吧，幸好微軟提供了一個(gè)小工具P/Invoke Interop Assistant，它可以幫助我們自動(dòng)匹配對(duì)應(yīng)關(guān)系，我就演示一個(gè)封送Person類的例子。
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從圖中可以看到，左邊寫好 C++，右邊自動(dòng)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(lái)接，然后用Marshal將指針轉(zhuǎn)換string，接下來(lái)用工具生成好的C#代碼拷到項(xiàng)目中來(lái)，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($"username={str}");
Console.ReadLine();
}
}
---------- output ------------
username=dotnetfly5. 回調(diào)函數(shù)（異步）的處理
前面介紹的3種情況都是單向的，即C#向C++傳遞數(shù)據(jù)，有的時(shí)候也需要C++主動(dòng)調(diào)用C#的函數(shù)，我們知道C#是用回調(diào)函數(shù)，也就是委托包裝，具體我就不說(shuō)了，很開心的是C++可以直接接你的委托，看下怎么實(shí)現(xiàn)。
--- Person.cpp
extern "C"
{
//函數(shù)指針
typedef void(_stdcall* PCALLBACK) (int result);
_declspec(dllexport) void AsyncProcess(PCALLBACK ptr);
}
--- Person.h
#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;
void AsyncProcess(PCALLBACK ptr){
ptr(10); //回調(diào)C#的委托
}從代碼中看到，PCALLBACK就是我定義了函數(shù)指針，接受int參數(shù)。
class Program
{
delegate void Callback(int a);
[DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
extern static void AsyncProcess(Callback callback);
static void Main(string[] args)
{
AsyncProcess((i) =>
{
//這里回調(diào)函數(shù)哦...
Console.WriteLine($"這是回調(diào)函數(shù)哦: {i}");
});
Console.ReadLine();
}
}
------- output -------
這是回調(diào)函數(shù)哦: 10這里我做了一個(gè)自定義的delegate，因?yàn)槲沂褂肁ction<T>不接受泛型拋異常(┬＿┬)。
三、總結(jié)
這讓我想起來(lái)前段時(shí)間用python實(shí)現(xiàn)的線性回歸，為了簡(jiǎn)便我使用了http和C#交互，這次準(zhǔn)備用C++改寫然后PInvoke直接交互就利索了，好了，借助C++的生態(tài)，讓 C# 如虎添翼吧~~~
