使用PInvoke互操作，让C#和C++愉快的交互优势互补
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.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($"10+20={result}");
Console.ReadLine();
}
}
---- output -----
10+20=30
2. 字符串的互操作
我们知道托管代码和非托管代码是两个世界，这中间涉及到了两个世界的的类型映射，那映射关系去哪找呢？ 微软的msdn还真有一篇介绍 封送通用类型对照表： https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/native-interop/type-marshaling ，大家有兴趣可以看一下。
从图中可以看到，C#中的string对应C++中的char*，所以这里就好处理了。
--- Person.cpp
extern "C"
{
//字符串
_declspec(dllexport) int GetLength(char* chs);
}
--- Person.h
#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;
int GetLength(char* chs)
{
return strlen(chs);
}
然后我们看一下C#这边怎么写，通常string在C++中使用asc码，而C#中是Unicode，所以在DllImport中加一个CharSet指定即可。
class Program
{
[DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Ansi)]
extern static int GetLength([MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] string str);
static void Main(string[] args)
{
var str = "hello world";
Console.WriteLine($"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.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($"username={str}");
Console.ReadLine();
}
}
---------- output ------------
username=dotnetfly
4. 回调函数（异步）的处理
前面介绍的3种情况都是单向的，即C#向C++传递数据，有的时候也需要C++主动调用C#的函数，我们知道C#是用回调函数，也就是委托包装，具体我就不说了，很开心的是C++可以直接接你的委托，看下怎么实现。
--- Person.cpp
extern "C"
{
//函数指针
typedef void(_stdcall* PCALLBACK) (int result);
_declspec(dllexport) void AsyncProcess(PCALLBACK ptr);
}
--- Person.h
#include "Person.h"
#include "iostream"
using namespace std;
void AsyncProcess(PCALLBACK ptr)
{
ptr(10); //回调C#的委托
}
从代码中看到，PCALLBACK就是我定义了函数指针，接受int参数。
class Program
{
delegate void Callback(int a);
[DllImport("ConsoleApplication1.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
extern static void AsyncProcess(Callback callback);
static void Main(string[] args)
{
AsyncProcess((i) =>
{
//这里回调函数哦...
Console.WriteLine($"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~