C#调用C++dll的类型转换

Love The Way You Lie 2022-02-24 09:18 452阅读 0赞

**0、前言**

从VB到C\#，被人诟病比较多的就是交互性比较差，又集中表现在调用Win32 API上。如果说C/C++调用API只是调用函数这类轻松的活，在C\#下却成了阻挡入门者的技术活。之所以产生这么大区别在于数据类型的差异，就是因为C\#这类采用了“安全”的类型，我们避免了内存释放和内存访问错误的一些困扰，但是不得不面对调用API时的繁琐。有得必有失，关键看你选择了什么。

在调用API时，对于值类型的数据，不存在什么转换问题，只要搞清楚到底是Byte、Int16、Int32 还是Int64就可以了，比较麻烦的地方是指针，因为C\#中没有办法显性的使用指针，有时需要借助unsafe code达到这个目的。如果都“unsafe”了，那还用C\#干吗，本文的目的就是总结一下，怎样用“safe”的方式解决Win32 API中指针类型参数的问题。

**1、 基本原则**

在我们在调用API时，如果发现参数中有指针类型的时候，不要简单的用IntPtr去替换，或者直接就是用\*来定义。虽然C\#中能够使用指针，但是这样做就违背了C\#设计时的初衷，此外DotNET Framework平台下使用unsafe代码多少会影响应用程序的效率。

当我们拿到一个API，阅读API的说明时，一定要关注以下几点：

l 每一个参数的数据类型是什么？如果是指针，指针指向的是一个什么数据结构，基本数据类型、字符串、结构还就是一块内存。不同的类型在C\#下处理的模式是不同的。

l 指针所指向的数据结构是谁创建，该由谁释放？这也非常重要，它两层含义：一个是我们怎么定义接口，并且准备调用参数；另一个就是资源释放的问题，某些调用这申请，被调用这释放的资源，需要约定的方法申请或释放资源，反之亦然。

只要花点时间分析一下，就会发现即便是在复杂的结构，不用“unsafe code”也能够完成调用，只不过有时候过程有点繁琐，不如C/C++调用API那么畅快淋漓。但是我想说的是，如果选择了C\#，那么就是C\#的思想去解决问题，这样才能够发挥出C\#所有的潜力。

**2、实例分析**

了解了基本原则，下面就逐一分析一下怎样雅致并且“安全”地解决不同类型指针的调用问题。

2.1、           字符串

字符串应该是我们接触到最多的情况，一般在API定义中被描述为“LPSTR/LPTSTR/LPCTSTR/LPWSTR”之类，我们在申明API接口的时候，如果是传入类型的参数，直接用String类型申明即可，例如：

![ExpandedBlockStart.gif][]          ///<summary>  
![InBlock.gif][]        ///原型是:HMODULE LoadLibrary(LPCTSTR lpFileName);   
![InBlock.gif][]        ///</summary>  
![InBlock.gif][]        ///<param name="lpFileName">DLL 文件名</param>  
![ExpandedBlockEnd.gif][]        ///<returns>函数库模块的句柄</returns>  
![None.gif][]         \[DllImport( " kernel32.dll " )\]  
![None.gif][]         public   static   extern  IntPtr LoadLibrary( string  lpFileName);  
![None.gif][]

但是如果是传出类型的字符串参数，简单的这么写就不行了。我的理解是String变成LPSTR，是DotNET Framework的交互接口帮我们做了一次转换，创建了一个字符数组，将我们提供的String复制了一次，再传递给API，并非简单的指针传递，所以当我们要求在我们设定的一个地址区域去写数据时，就不能够直接申明为String，而应该是Byte或者Char数组，可以参考下面的例子：

函数声明：

![ExpandedBlockStart.gif][]          ///<summary>  
![InBlock.gif][]        /// int GetClassName(HWND hWnd, LPTSTR lpClassName, int nMaxCount);   
![ExpandedBlockEnd.gif][]        ///</summary>  
![None.gif][]         \[DllImport( " user32 " ,CharSet = CharSet.Ansi)\]  
![None.gif][]         public   static   extern  Int32 GetClassName(IntPtr hwnd, Byte\[\] lpClassName, Int32 nMaxCount);

调用事例：

![None.gif][]          String sClassName  =   null ;  
![None.gif][]         Byte\[\] abClassName  =   null ;  
![None.gif][]         Int32 dwRet  =   0 ;  
![None.gif][]   
![None.gif][]         abClassName  =   new  Byte\[ 100 \];  
![None.gif][]         dwRet  =  GetClassName( this .Handle, abClassName,  100 );  
![None.gif][]         sClassName  =  System.Text.ASCIIEncoding.ASCII.GetString(abClassName, 0 ,dwRet);  
![None.gif][]         MessageBox.Show(sClassName);  
![None.gif][]

还需要注意一点的就是Ansi还是Unicode的字符集了，申明的是什么就用什么转换。

2.2、           句柄—Handle

句柄严格意义上来说不能归在指针这一类，句柄是本宏定义掩盖了的一种数据结构，不过行为上和指针有些类似。最常见的有窗口句柄、Socket句柄还有内核对象的句柄等。总之H开头的一些定义基本都是句柄。

对于句柄来说我们通常无法直接访问句柄所代表的那个数据结构，只要记录句柄值就可以了，而且我们并不关心句柄这个值的内容，只要他有效就行了，所以句柄最容易处理。一般Win32下，句柄就是一个32位的整型，所以用Int32/UInt32或者IntPtr申明即可。还是上面那个例子，HMODULE就是一个句柄。

2.3、           基本类型的指针

两种情况下会出现基本类型的指针：一种是基本类型的地址，表示返回类型的参数；一种是表示传递一个基本类型的数组，这两种情况需要分别对待。

返回类型，C\#中有专门的修饰符ref，表示参数传递按地址传送。缺省情况下参数都是按值传递的，如果希望按照地址传递，只要在参数前添加ref的修饰符即可。例如：

![ExpandedBlockStart.gif][]          ///<summary>  
![InBlock.gif][]        ///原形：BOOL ReadFile(HANDLE hFile, LPVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToRead, LPDWORD lpNumberOfBytesRead, LPOVERLAPPED lpOverlapped);   
![ExpandedBlockEnd.gif][]        ///</summary>  
![None.gif][]         \[DllImport( " kernel32.dll " )\]  
![None.gif][]         public   extern   static  Int32 ReadFile(IntPtr hFile, Byte\[\] buffer,Int32 nNumberOfBytesToRead,  ref  Int32 lpNumberOfBytesRead,  ref  OVERLAPPED lpOverlapped);  
![None.gif][]

对于C/C++中数组参数，就是一块连续内存的首地址。在C\#中的数组默认都是从Array派生的类，虽然结构复杂了，但是内存布局应该是相同的，所以只要把参数定义为基本类型的数组就可以了。例如：

![ExpandedBlockStart.gif][]          ///<summary>  
![InBlock.gif][]        /// BOOL GetCharWidth(HDC hdc,UINT iFirstChar,UINT iLastChar,LPINT lpBuffer);  
![ExpandedBlockEnd.gif][]        ///</summary>  
![None.gif][]         \[DllImport( " gdi32 " )\]  
![None.gif][]         public   static   extern  Int32 GetCharWidth(HDC hdc, Int32 wFirstChar, Int32 wLastChar, int32\[\] lpBuffer);  
![None.gif][]

2.4、           结构

说到结构，先要解释一下C\#中数据类型的分类。C\#中的数据类型一般有两种，一种是值类型，就是Byte、Int32之流，出于反射的需要，值类型都是从ValueType派生而得；一种是引用类型，从Object派生出来的类都是引用类型。所谓值类型，就是赋值和传递了传的是数据本身，引用类型传递的是数据所对应实例的引用，C\#中结构（以struct定义的）是值类型的，类（以class定义的）是引用类型的。

实际调用API时，API参数如果是一个自定义结构指针的话，通常把数据结构定义为struct，在申明时函数接口时用ref修饰。例如Guid就是DotNET类库中内建的一个结构，具体用法如下：

/// <summary>   
         /// 原形：HRESULT WINAPI GetDeviceID(LPCGUID pGuidSrc, LPGUID pGuidDest);  
         /// </summary>   
         /// <param name="pGuidSrc"></param>   
         /// <param name="pGuidDest"></param>   
         /// <returns></returns>   
         \[DllImport( " Dsound.dll " )\]  
         private   static   extern  Int32 GetDeviceID( ref  Guid pGuidSrc,  ref  Guid pGuidDest);

如果自定义结构的话，结构在内存中占据的字节数务必要匹配，当结构中包含数组的时候需要用MarshalAsAttribute属性进行修饰，设定数组长度。具体可以参考下面的例子：

![ExpandedBlockStart.gif][]          ///<summary>  
![InBlock.gif][]        ///原形：  
![InBlock.gif][]        /// typedef struct tagPAINTSTRUCT \{   
![InBlock.gif][]        ///     HDC hdc;   
![InBlock.gif][]        ///     BOOL fErase;   
![InBlock.gif][]        ///     RECT rcPaint;   
![InBlock.gif][]        ///     BOOL fRestore;   
![InBlock.gif][]        ///     BOOL fIncUpdate;   
![InBlock.gif][]        ///     BYTE rgbReserved\[32\];   
![InBlock.gif][]        /// \} PAINTSTRUCT;  
![ExpandedBlockEnd.gif][]        ///</summary>  
![None.gif][]          public   struct  PAINTSTRUCT  
![ExpandedBlockStart.gif][]         \{  
![InBlock.gif][]            public IntPtr hdc;  
![InBlock.gif][]            public Boolean fErase;  
![InBlock.gif][]            public RECT rcPaint;  
![InBlock.gif][]            public Boolean fRestore;  
![InBlock.gif][]            public Boolean fIncUpdate;  
![InBlock.gif][]            \[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 32)\]public Byte\[\] rgbReserved;  
![ExpandedBlockEnd.gif][]        \}   
![None.gif][]   
![ExpandedBlockStart.gif][]         ///<summary>  
![InBlock.gif][]        ///原形：HDC BeginPaint( HWND hwnd, LPPAINTSTRUCT lpPaint);  
![ExpandedBlockEnd.gif][]        ///</summary>  
![None.gif][]         \[DllImport( " user32 " )\]  
![None.gif][]         public   static   extern  IntPtr BeginPaint(IntPtr hwnd,  ref  PAINTSTRUCT lpPaint);  
![None.gif][]

2.5、           结构数组

结构数组就比较复杂了，就我个人的经验，不同厂商提供的API，实现不同，需要采用的处理方式也不相同的。

一般情况下，参照基本类型数组的调用方式即可，例如：

/// <summary>   
         /// 原形:  
         ///  typedef struct tagACCEL \{  
         ///      BYTE fVirt;  
         ///      WORD key;  
         ///      WORD cmd;  
         ///  \} ACCEL, \*LPACCEL;  
         /// </summary>   
          public   struct  ACCEL  
        \{  
             public  Byte fVirt;  
             public  UInt16 key;  
             public  UInt16 cmd;  
        \}  
         /// <summary>   
         /// 原形：int CopyAcceleratorTable(HACCEL hAccelSrc,LPACCEL lpAccelDst,int cAccelEntries);  
         /// </summary>   
         /// <returns></returns>   
         \[DllImport( " user32 " )\]  
         public   static   extern  Int32 CopyAcceleratorTable(IntPtr hAccelSrc, ACCEL\[\] lpAccelDst, Int32 cAccelEntries);

但是也有特殊情况，对些厂商提供的API中，不知是否和内存复制的方式有关，类似的函数，如果采用上面相同的定义方法调用的话，调用正确，但是应该返回的数据没有被改写。这个时候就需要另一种方法来解决了。

众所周知，在逻辑上结构是一段连续的内存，数组也是一段连续内存，我们可以从堆中直接申请一段内存，调用API，然后将返回的数据再转换成结构即可。具体可以参看下面的例子。

结构定义以及API声明：

\[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack  =   8 )\]  
         private   struct  CmBoxInfo  
        \{  
             public   static  CmBoxInfo Empty  =   new  CmBoxInfo();  
   
             public   byte  MajorVersion;  
             public   byte  MinorVersion;  
             public   ushort  BoxMask;  
             public   uint  SerialNumber;  
             public   ushort  BoxKeyId;  
             public   ushort  UserKeyId;  
            \[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst  =  CM\_PUBLIC\_KEY\_LEN)\]  public   byte \[\] BoxPublicKey;  
            \[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst  =  CM\_PUBLIC\_KEY\_LEN)\]  public   byte \[\] SerialPublicKey;  
             public   uint  Reserve;  
   
             public   void  Init()  
            \{  
                BoxPublicKey  =   new   byte \[CM\_PUBLIC\_KEY\_LEN\];  
                Debug.Assert(BoxPublicKey  !=   null );  
                SerialPublicKey  =   new   byte \[CM\_PUBLIC\_KEY\_LEN\];  
                Debug.Assert(SerialPublicKey  !=   null );  
            \}  
        \}  
         /// <summary>   
         /// 原型：int CMAPIENTRY CmGetBoxes(HCMSysEntry hcmse, unsigned long idPort, CMBOXINFO \*pcmBoxInfo, unsigned int cbBoxInfo)   
         /// </summary>   
         \[DllImport( " xyz.dll " )\]  
         private   static   extern  Int32 CmGetBoxes(IntPtr hcmse, CmGetBoxesOption idPort,IntPtr pcmBoxInfo, Int32 cbBoxInfo);

调用示例

IntPtr hcmBoxes  =  IntPtr.Zero;  
            CmAccess cma  =   new  CmAccess();  
            CmBoxInfo\[\] aBoxList  =   null ;  
            Int32 dwBoxNum  =   0 , dwLoop  =   0 ,dwBoxInfoSize  =   0 ;  
            IntPtr pBoxInfo  =  IntPtr.Zero;  
   
            dwBoxNum  =  m\_pCmGetBoxes(hcmBoxes, CmGetBoxesOption.AllPorts, IntPtr.Zero,  0 );  
             if  (dwBoxNum  >   0 )  
            \{  
                aBoxList  =   new  CmBoxInfo\[dwBoxNum\];  
                 if  (aBoxList  !=   null )  
                \{  
                    dwBoxInfoSize  =  Marshal.SizeOf(aBoxList\[ 0 \]);  
                    pBoxInfo  =  Marshal.AllocHGlobal(dwBoxInfoSize  \*  dwBoxNum);  
                     if  (pBoxInfo  !=  IntPtr.Zero)  
                    \{  
                        dwBoxNum  =  m\_pCmGetBoxes(hcmBoxes, CmGetBoxesOption.AllPorts, pBoxInfo, dwBoxNum);  
                         for  (dwLoop  =   0 ; dwLoop  <  dwBoxNum; dwLoop \++ )  
                        \{  
                            aBoxList\[dwLoop\]  =  (CmBoxInfo)Marshal.PtrToStructure((IntPtr)((UInt32)pBoxInfo  \+  dwBoxInfoSize  \*  dwLoop), CmBoxInfo.Empty.GetType());  
                        \}  
                        Marshal.FreeHGlobal(pBoxInfo);  
                        pBoxInfo  =  IntPtr.Zero;  
                    \}  
                     else   
                    \{  
                        aBoxList  =   null ;  
                    \}  
                \}  
            \}

最后提一句，Marshal类非常有用，其中包括了大量内存申请、复制和类型转换的函数，灵活运用的话，基本上可以避免unsafe code。

2.6、           函数指针（回调函数）

C\#中采用委托（delegate）和函数指针等同的功能，当API函数的参数为回调函数时，我们通常使用委托来替代。与C和C++ 中的函数指针相比，委托实际上是具体一个Delegate派生类的实例，它还包括了对参数和返回值，类型安全的检查。

先看一下下面的例子：

/// <summary>   
         /// 原形：typedef BOOL (CALLBACK \*LPDSENUMCALLBACKA)(LPGUID, LPCSTR, LPCSTR, LPVOID);  
         /// </summary>   
          public   delegate  Boolean LPDSENUMCALLBACK(IntPtr guid, String sDesc, String sDevName,  ref  Int32 dwFlag);  
         /// <summary>   
         /// 原形：HRESULT WINAPI DirectSoundCaptureEnumerateA(LPDSENUMCALLBACKA pDSEnumCallback, LPVOID pContext);  
         /// </summary>   
         \[DllImport( " Dsound.dll " )\]  
         public   static   extern  Int32 DirectSoundCaptureEnumerate(LPDSENUMCALLBACK pDSEnumCallBack,  ref  Int32 dwFlag);

具体调用方法如下：

![None.gif][]           dwRet  =  DirectSoundEnumerate( new  LPDSENUMCALLBACK(DSoundEnumCallback), ref  dwFlag);  
![None.gif][]

这里需要特别注意的就是委托实际上是一个实例，和普通的类实例一样，是被DotNET Framework垃圾收集机制所管理，有生存周期的。上文例子的定义方式其实函数级别的局部变量，当函数结束时，将被释放，如果回调仍然在继续的话，就会产生诸如非法访问的错误。所以在使用回调函数的时候一定要比较清楚的了解，回调的作用周期是多大，如果回调是全局的，那么定义一个全局的委托变量作为参数。

2.7、           表示多种类型的指针—LPVOID以及其它

指针是C/C++的精髓所在，一个void能够应付所有的问题，我们遇到最多的可能就是LPVOID这样的参数。LPVOID最常用的有两种情况，一种就是表示一个内存块，另一种情况可能是根据其它参数的定义指向不同的数据结构。

第一种情况很好处理，如果是一个内存块，我们可以他当作一个Byte数组就可以了，例如：

第二种情况比较复杂，C\#中类型转换是有限制的，一个Int32是没法直接转换成为Point的，这个时候之能够根据不同的参数类型定义不同的重载函数了。例如GetProcAddress函数的lpProcName既可以是一个字符串表示函数名，又可以是一个高字为0的Int32类型，表示函数的序号，我们可以这样分别定义：

![ExpandedBlockStart.gif][]          ///<summary>  
![InBlock.gif][]        ///原型是: FARPROC GetProcAddress(HMODULE hModule,LPCSTR lpProcName);  
![ExpandedBlockEnd.gif][]        ///</summary>  
![None.gif][]         \[DllImport( " kernel32.dll " , EntryPoint  =   " GetProcAddress " )\]  
![None.gif][]         private   extern   static  IntPtr GetProcAddress(IntPtr hModule, String sFuncName);  
![None.gif][]        \[DllImport( " kernel32.dll " , EntryPoint  =   " GetProcAddress " )\]  
![None.gif][]         private   extern   static  IntPtr GetProcAddressByIndex(IntPtr hModule, Int32 dwIndex);  
![None.gif][]

在这里总结了调用API时有关指针的一些常见问题，你会发现大多数情况下C\#依靠自身的能力就能解决问题，希望对大家有帮助。

[CSharp Tips：调用Win32 API如何处理指针类型的参数（补）][CSharp Tips_Win32 API]

[ExpandedBlockStart.gif]: /images/20220224/685bfa269abf4d74b41630907680e45b.png
[InBlock.gif]: /images/20220224/b29fec35534647ad8b98003531e8b2fe.png
[ExpandedBlockEnd.gif]: /images/20220224/6ac4653d32db4bd9b1c4ab38418713fd.png
[None.gif]: /images/20220224/c0b107ab30684d5b904792c05e10e8e1.png
[CSharp Tips_Win32 API]: http://blog.csdn.net/Mittermeyer/archive/2009/06/27/4303434.aspx