非托管代码互操作性详解

# 非托管代码互操作性详解 ## 1. 非托管代码互操作性概述 Microsoft .NET Framework 是一个功能强大的平台，它集成了托管运行时（公共语言运行时，即 CLR）、用于托管 Web 应用程序的平台（Microsoft ASP.NET）以及用于构建各类应用程序的广泛类库。然而，尽管 .NET Framework 功能丰富，但它并未涵盖非托管代码中的所有特性。目前，.NET Framework 并未包含 Win32 API 中的所有功能，而且许多企业仍在使用基于 COM 的语言（如 Microsoft Visual Basic 6 和 Visual C++ 6）构建的复杂专有解决方案。 不过，在迁移到 .NET 平台时，企业无需放弃现有的代码库。.NET Framework 具备互操作性特性，允许在 .NET 应用程序中使用遗留代码，甚至能像使用 COM 组件一样访问 .NET 程序集。以下是一些常见的操作及解决方法： - 调用 DLL 中定义的函数、获取控件或窗口的句柄、调用使用结构的非托管函数、调用非托管回调函数以及检索非托管错误信息。 - 在 .NET 应用程序中使用 COM 组件、快速释放 COM 组件以及使用可选参数。 - 在 .NET 客户端中使用 ActiveX 控件。 - 通过 COM 公开 .NET 程序集的功能。 ## 2. 调用非托管 DLL 中的函数 ### 2.1 问题描述 需要调用 DLL 中的 C 函数，该函数可能是 Win32 API 的一部分，也可能是自己的遗留代码。 ### 2.2 解决方案 在 C# 代码中声明一个用于访问非托管函数的方法。将此方法声明为 extern 和 static，并应用 System.Runtime.InteropServices.DllImportAttribute 属性来指定 DLL 文件和非托管函数的名称。 ### 2.3 工作原理 要使用外部库中的 C 函数，只需正确声明它。公共语言运行时（CLR）会自动处理其余部分，包括在调用函数时将 DLL 加载到内存中，并将参数从 .NET 数据类型封送到 C 数据类型。支持这种跨平台执行的 .NET 服务称为 PInvoke（平台调用），该过程通常是无缝的。不过，在某些情况下，可能需要做更多工作，例如支持内存中的结构、回调或可变字符串。 PInvoke 常用于访问 Win32 API 中的功能，特别是 .NET Framework 中托管类集未包含的 Win32 特性。Win32 API 由三个核心库组成： - Kernel32.dll：包含特定于操作系统的功能，如进程加载、上下文切换以及文件和内存 I/O。 - User32.dll：包含用于操作窗口、菜单、对话框、图标等的功能。 - GDI32.dll：包含用于在窗口、菜单和控件表面直接绘图以及打印的图形功能。 ### 2.4 代码示例 ```csharp using System; using System.Runtime.InteropServices; using System.Text; namespace Apress.VisualCSharpRecipes.Chapter12 { class Recipe12_01 { // Declare the unmanaged functions. [DllImport("kernel32.dll", EntryPoint = "GetPrivateProfileString")] private static extern int GetPrivateProfileString(string lpAppName, string lpKeyName, string lpDefault, StringBuilder lpReturnedString, int nSize, string lpFileName); [DllImport("kernel32.dll", EntryPoint = "WritePrivateProfileString")] private static extern bool WritePrivateProfileString(string lpAppName, string lpKeyName, string lpString, string lpFileName); static void Main(string[] args) { string val; // Obtain current value. val = GetIniValue("SampleSection", "Key1", "\\initest.ini"); Console.WriteLine("Value of Key1 in [SampleSection] is: " + val); // Write a new value. WriteIniValue("SampleSection", "Key1", "New Value", "\\initest.ini"); // Obtain the new value. val = GetIniValue("SampleSection", "Key1", "\\initest.ini"); Console.WriteLine("Value of Key1 in [SampleSection] is now: " + val); // Write original value. WriteIniValue("SampleSection", "Key1", "Value1", "\\initest.ini"); // Wait to continue. Console.WriteLine(Environment.NewLine); Console.WriteLine("Main method complete. Press Enter."); Console.ReadLine(); } public static string GetIniValue(string section, string key, string filename) { int chars = 256; StringBuilder buffer = new StringBuilder(chars); string sDefault = ""; if (GetPrivateProfileString(section, key, sDefault, buffer, chars, filename) != 0) { return buffer.ToString(); } else { return null; } } public static bool WriteIniValue(string section, string key, string value, string filename) { return WritePrivateProfileString(section, key, value, filename); } } } ``` ### 2.5 使用方法 可以很容易地测试这个程序。首先，在应用程序文件夹中创建如下所示的 inittest.ini 文件： ```plaintext [SampleSection] Key1=Value1 ``` 然后，执行 Recipe12 - 01.exe，将得到如下输出： ```plaintext Value of Key1 in [SampleSection] is: Value1 Value of Key1 in [SampleSection] is now: New Value Main method complete. Press Enter. ``` ## 3. 获取控件、窗口或文件的句柄 ### 3.1 问题描述 需要调用一个需要控件、窗口或文件句柄的非托管函数。 ### 3.2 解决方案 许多类（包括所有从 Control 派生的类和 FileStream 类）通过名为 Handle 的属性以 IntPtr 形式返回它们所包装的非托管 Windows 对象的句柄。其他类也提供类似信息，例如 System.Diagnostics.Process 类除了提供 Handle 属性外，还提供了 Process.MainWindowHandle 属性。 ### 3.3 工作原理 .NET Framework 不会隐藏诸如控件和窗口使用的操作系统句柄等底层细节。虽然通常不会使用这些信息，但在需要调用需要这些信息的非托管函数时，可以检索它们。例如，许多 Microsoft Windows API 函数需要控件或窗口句柄。 ### 3.4 代码示例 ```csharp using System; using System.Windows.Forms; using System.Runtime.InteropServices; using System.Text; namespace Apress.VisualCSharpRecipes.Chapter12 { public partial class ActiveWindowInfo : Form { public ActiveWindowInfo() { InitializeComponent(); } // Declare external functions. [DllImport("user32.dll")] private static extern IntPtr GetForegroundWindow(); [DllImport("user32.dll")] private static extern int GetWindowText(IntPtr hWnd, StringBuilder text, int count); private void tmrRefresh_Tick(object sender, EventArgs e) { int chars = 256; StringBuilder buff = new StringBuilder(chars); // Obtain the handle of the active window. IntPtr handle = GetForegroundWindow(); // Update the controls. if (GetWindowText(handle, buff, chars) > 0) { lblCaption.Text = buff.ToString(); lblHandle.Text = handle.ToString(); if (handle == this.Handle) { lblCurrent.Text = "True"; } else { lblCurrent.Text = "False"; } } } } } ``` ### 3.5 注意事项 Windows 窗体基础结构会透明地管理窗体和控件的窗口句柄。更改它们的某些属性可能会迫使 CLR 在后台创建一个新的本机窗口，从而导致新的句柄被包装。因此，在使用句柄之前，应始终重新检索它，而不是将其存储在成员变量中很长时间。 ## 4. 调用使用结构的非托管函数 ### 4.1 问题描述 需要调用一个接受结构作为参数的非托管函数。 ### 4.2 解决方案 在 C# 代码中定义该结构。使用 System.Runtime.InteropServices.StructLayoutAttribute 属性来配置结构字段在内存中的布局。如果需要确定非托管结构的字节大小，可以使用 System.Runtime.Interop.Marshal 类的静态 SizeOf 方法。 ### 4.3 工作原理 在纯 C# 代码中，无法直接控制类型字段在内存分配后的布局。相反，CLR 会自由排列字段以优化性能，特别是在垃圾回收期间移动内存时。这在与期望结构按顺序布局在内存中的遗留 C 函数交互时可能会导致问题。幸运的是，.NET Framework 允许使用 StructLayoutAttribute 属性来解决这个问题，该属性可以指定给定类或结构的成员在内存中的排列方式。 ### 4.4 代码示例 ```csharp using System; using System.Runtime.InteropServices; namespace Apress.VisualCSharpRecipes.Chapter12 { class Recipe12_03 { // Declare the external function. [DllImport("kernel32.dll")] public static extern bool GetVersionEx([In, Out] OSVersionInfo osvi); static void Main(string[] args) { OSVersionInfo osvi = new OSVersionInfo(); osvi.dwOSVersionInfoSize = Marshal.SizeOf(osvi); // Obtain the OS version information. GetVersionEx(osvi); // Display the version information. Console.WriteLine("Class size: " + osvi.dwOSVersionInfoSize); Console.WriteLine("Major Version: " + osvi.dwMajorVersion); Console.WriteLine("Minor Version: " ```