深入探讨P/Invoke与跨平台编程实践

# 深入探讨P/Invoke与跨平台编程实践 ## 1. 了解P/Invoke 在Windows 8应用开发中，有时会遇到想要使用Win32函数的情况。例如，有一个函数`GetNativeSystemInfo`，其在文档中的定义如下： ```plaintext void WINAPI GetNativeSystemInfo(__out LPSYSTEM_INFO lpSystemInfo); ``` 对于不熟悉Win32 API的人来说，可能很难理解这个定义。其中，像`WINAPI`这样的标识符通常是通过C的`#define`和`typedef`指令在Windows的各种头文件中定义的，这些头文件一般位于`C:/Program Files (x86)/Windows Kits/8.0`目录下，重要的头文件有`Windows.h`、`WinDef.h`、`WinBase.h`和`winnt.h`。`WINAPI`等价于`__stdcall`，这是从C代码调用Win32函数的标准调用约定。`LPSYSTEM_INFO`是指向`SYSTEM_INFO`结构的“长”指针。 `SYSTEM_INFO`结构的定义如下： ```c typedef struct _SYSTEM_INFO { union { DWORD dwOemId; struct { WORD wProcessorArchitecture; WORD wReserved; }; }; DWORD dwPageSize; LPVOID lpMinimumApplicationAddress; LPVOID lpMaximumApplicationAddress; DWORD_PTR dwActiveProcessorMask; DWORD dwNumberOfProcessors; DWORD dwProcessorType; DWORD dwAllocationGranularity; WORD wProcessorLevel; WORD wProcessorRevision; } SYSTEM_INFO; ``` 这里字段名前的后缀是简单匈牙利命名法对数据类型的缩写，不过现在在应用编程中这种命名法已很少见。在Windows术语中，`WORD`表示16位无符号值，对应C#中的`ushort`；`DWORD`是双字，即32位无符号值（`uint`）；要注意`long`，这里指的是C++中的`long`，其大小与`int`相同（32位）；`LPVOID`表示“指向void的长指针”（C中为`void *`），`DWORD_PTR`是32或64位无符号数，取决于Windows运行的处理器，在C#中对应`IntPtr`。 ### 1.1 在C#中重新定义结构 为了在C#程序中使用`SYSTEM_INFO`结构，需要在C#中重新定义它。由于文档中提到`dwOemId`字段已过时，所以可以忽略`union`关键字，直接创建一个带有公共字段的C#结构： ```csharp [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] struct SystemInfo { public ushort wProcessorArchitecture; public ushort wReserved; public uint dwPageSize; public IntPtr lpMinimumApplicationAddress; public IntPtr lpMaximumApplicationAddress; public IntPtr dwActiveProcessorMask; public uint dwNumberOfProcessors; public uint dwProcessorType; public uint dwAllocationGranularity; public ushort wProcessorLevel; public ushort wProcessorRevision; } ``` 在C#中，如果想在结构外部访问字段，字段必须定义为`public`。也可以给字段赋予新的名称，或者使用相同大小的其他数据类型，但要确保实际值不会导致有符号类型溢出。这个结构在32位Windows中占用36字节，在64位Windows中占用48字节。 `[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]`属性明确表示字段应被视为相邻的，并按字节边界对齐。 ### 1.2 声明外部函数 定义好结构后，需要声明`GetNativeSystemInfo`函数。可以使用`DllImportAttribute`，该属性也在`System.Runtime.InteropServices`命名空间中。至少要指定包含该函数的DLL文件，文档中表明`GetNativeSystemInfo`函数定义在`kernel32.dll`中，函数声明如下： ```csharp [DllImport("kernel32.dll")] static extern void GetNativeSystemInfo(out SystemInfo systemInfo); ``` 这个声明应该放在C#类的定义中，与其他方法处于同一级别。函数必须用`static`关键字声明，这在普通C#类中很常见，同时使用`extern`关键字表示函数的实际实现位于类外部。如果希望函数在类外部可见，还需用`public`关键字声明。 ### 1.3 调用函数 在类的其他方法中，可以定义`SystemInfo`类型的值并调用该函数，就像调用普通静态方法一样： ```csharp SystemInfo systemInfo; GetNativeSystemInfo(out systemInfo); ``` ### 1.4 完整应用示例 以下是一个完整的应用示例，展示了如何使用上述结构和函数： ```csharp // Project: SystemInfoPInvoke | File: MainPage.xaml.cs using System; using System.Runtime.InteropServices; using Windows.UI.Xaml.Controls; namespace SystemInfoPInvoke { public sealed partial class MainPage : Page { [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] struct SystemInfo { public ushort wProcessorArchitecture; public byte wReserved; public uint dwPageSize; public IntPtr lpMinimumApplicationAddress; public IntPtr lpMaximumApplicationAddress; public IntPtr dwActiveProcessorMask; public uint dwNumberOfProcessors; public uint dwProcessorType; public uint dwAllocationGranularity; public ushort wProcessorLevel; public ushort wProcessorRevision; } [DllImport("kernel32.dll")] static extern void GetNativeSystemInfo(out SystemInfo systemInfo); enum ProcessorType { x86 = 0, ARM = 5, ia64 = 6, x64 = 9, Unknown = 65535 }; public MainPage() { this.InitializeComponent(); SystemInfo systemInfo = new SystemInfo(); GetNativeSystemInfo(out systemInfo); processorArchitecture.Text = ((ProcessorType)systemInfo.wProcessorArchitecture).ToString(); pageSize.Text = systemInfo.dwPageSize.ToString(); minAppAddr.Text = ((ulong)systemInfo.lpMinimumApplicationAddress).ToString("X"); maxAppAddr.Text = ((ulong)systemInfo.lpMaximumApplicationAddress).ToString("X"); activeProcessorMask.Text = ((ulong)systemInfo.dwActiveProcessorMask).ToString("X"); numberProcessors.Text = systemInfo.dwNumberOfProcessors.ToString("X"); allocationGranularity.Text = systemInfo.dwAllocationGranularity.ToString(); processorLevel.Text = systemInfo.wProcessorLevel.ToString(); processorRevision.Text = systemInfo.wProcessorRevision.ToString("X"); } } } ``` 在这个示例中，定义了`ProcessorType`枚举来简化`wProcessorArchitecture`值的格式化。`IntPtr`字段被转换为`ulong`并以十六进制格式显示。 ## 2. 时区信息处理 假设要编写一个Windows Store应用，用于显示世界不同城市的时钟，类似于`ClockRack`程序。在Windows 8应用中，`TimeZoneInfo.GetSystemTimeZones`方法不可用，但可以使用Win32函数来获取大部分所需信息。 ### 2.1 相关Win32结构 Win32的`EnumDynamicTimeZoneInformation`函数可以遍历世界上所有时区，其使用的结构如下： ```c typedef struct _TIME_DYNAMIC_ZONE_INFORMATION { LONG Bias; WCHAR StandardName[32]; SYSTEMTIME StandardDate; LONG StandardBias; WCHAR DaylightName[32]; SYSTEMTIME DaylightDate; LONG DaylightBias; WCHAR TimeZoneKeyName[128]; BOOLEAN DynamicDaylightTimeDisabled; } DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION, *PDYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION; ``` 这是`TIME_ZONE_INFORMATION`结构的扩展版本： ```c typedef struct _TIME_ZONE_INFORMATION { LONG Bias; WCHAR StandardName[32]; SYSTEMTIME StandardDate; LONG StandardBias; WCHAR DaylightName[32]; SYSTEMTIME DaylightDate; LONG DaylightBias; } TIME_ZONE_INFORMATION, *PTIME_ZONE_INFORMATION; ``` `WCHAR`表示16位Unicode字符，这些字符数组通常表示以空字符结尾的字符串。`Bias`字段包含从UTC时间减去的分钟数，以获得当地时间；`StandardBias`通常为0，`DaylightBias`包含从标准时间减去的分钟数，用于转换为夏令时。`DaylightDate`和`StandardDate`字段定义了何时切换到夏令时和切换回标准时间，信息以`SYSTEMTIME`格式存储： ```c typedef struct _SYSTEMTIME { WORD wYear; WORD wMonth; WORD wDayOfWeek; WORD wDay; WORD wHour; WORD wMinute; WORD wSecond; WORD wMilliseconds; } SYSTEMTIME, *PSYSTEMTIME; ``` ### 2.2 在C#中定义结构和声明函数 在C#中，需要重新定义这些结构并声明相关函数： ```csharp // Project: ClockRack | File: TimeZoneManager.cs (fragment) public partial class TimeZoneManager { [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] struct SYSTEMTIME { public ushort wYear; public ushort wMonth; public ushort wDayOfWeek; public ushort wDay; public ushort wHour; public ushort wMinute; public ushort wSecond; public ushort wMilliseconds; } [StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Unicode)] struct TIME_ZONE_INFORMATION { public int Bias; [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)] public string StandardName; public SYSTEMTIME StandardDate; public int StandardBias; [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)] public string DaylightName; public SYSTEMTIME DaylightDate; public int DaylightBias; } [StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Unicode)] struct DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION { public int Bias; [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)] public string StandardName; public SYSTEMTIME StandardDate; public int StandardBias; [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)] public string DaylightName; public SYSTEMTIME DaylightDate; public int DaylightBias; [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 128)] public string TimeZoneKeyName; public byte DynamicDaylightTimeDisabled; } [DllImport("Advapi32.dll")] static extern uint EnumDynamicTimeZoneInformation(uint index, ref DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION dynamicTzi); [DllImport("kernel32.dll")] static extern byte GetTimeZoneInformationForYear(ushort year, ref DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION dtzi, out TIME_ZONE_INFORMATION tzi); [DllImport("kernel32.dll")] static extern byte SystemTimeToTzSpecificLocalTime( ref TIME_ZONE_INFORMATION tzi, ref SYSTEMTIME utc, out SYSTEMTIME local); ... } ``` 注意，对于`DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION`和`TIME_ZONE_INFORMATION`结构中的`WCHAR`数组字段，使用`MarshalAs`属性将其解释为具有特定最大长度的C#字符串。 ### 2.3 时区信息处理逻辑 `TimeZoneManager`类的构造函数会多次调用`EnumDynamicTimeZoneInformation`函数，直到返回非零值，表示列表结束。每个值都会转换为`TimeZoneDisplayInfo`类型并添加到`DisplayInformation`集合中： ```csharp // Project: ClockRack | File: TimeZoneManager.cs (fragment) public partial class TimeZoneManager { ... // 内部字典，用于按键选择DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION值 Dictionary<string, DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION> dynamicTzis = new Dictionary<string, DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION>(); public TimeZoneManager() { uint index = 0; DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION tzi = new DYNAMIC_TIME_ZONE_INFORMATION(); List<TimeZoneDisplayInfo> displayInformation = new List<TimeZoneDisplayInfo>(); // 遍历所有时区 while (0 == EnumDynamicTimeZoneInformation(index, ref tzi)) { dynamicTzis.Add(tzi.TimeZoneKeyName, tzi); // 创建TimeZoneDisplayInfo对象 TimeZoneDisplayInfo displayInfo = new TimeZoneDisplayInfo { Bias = tzi.Bias, TimeZoneKey = tzi.TimeZoneKeyName }; // 查找显示字符串 if (displayStrings.ContainsKey(tzi.TimeZoneKeyName)) { displayInfo.Display = displayStrings[tzi.TimeZoneKeyName]; } else if (displayStrings.ContainsKey(tzi.StandardName)) { displayInfo.Display = displayStrings[tzi.Standard ```