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[ASP.net教程]公共语言运行库(CLR)开发系列课程:Pinvoke 简介 学习笔记

  • 前言

  让拖管代码对象和非托管对象协同工作的过程称为互用性(Interoperability),通常简称为 Interop。
  P/Invoke在托管代码与非托管代码交互式时产生一个事务(Transition),这通常发生在使用平台调用服务(Platfrom Invocation Services)即P/Invoke。允许托管代码调用平台(Platfrom)相关的非托管代码(c++、VB、Delphi....)
  Com Interop 一种服务,它使 .NET Framework 对象能够与 COM 对象通信。
  如调用系统的 API 或与 COM 对象打交道,通过 System.Runtime.InteropServices 命名空间
  虽然使用 Interop 非常方便,但据估计每次调用事务都要执行 10 到 40 条指令,算起来开销也不少,所以我们要尽量少调用事务
  如果非用不可,建议本着一次调用执行多个动作,而不是多次调用每次只执行少量动作的原则

  • 为什么要使用P/Invoke

    • 速度

      • .NET下的JIT(即时编译器)和GC(垃圾回收)通常性能十分优秀
      • 某些特定对性能非常敏感的情况下,C/C++/汇编仍然有着性能上的优势
        • 使用汇编可以手动优化机器代码
        • 可以手动管理内存
        • 部门情况下C/C++编译器(他们在build过程中已经将优化做完)比JIT优化做的更好 (运行时才生成对应机器代码)
        • 注意:使用C/C++会导致生产率下降。
        • 好坏需要根据适用场景权衡
    • 功能

      • .NET Framework的类库缺少某些功能
        • 部分Windows API并没有对应的.NET API
        • 新的Windows的功能暂时并没有对应的.NET API
    • 重用

      • 已有的代码是使用非托管代码编写保护投资
      • 第三方组件仅提供非托管API
      • 如果做程序迁移可以先迁移部分简单到C#上核心依然可暂时继续使用c++加快迁移进度,平滑迁移。
    • P/Invoke速度较慢

      • 从托管代码进入非托管代码CLR(Common Language Runtime)内部需要切换很多状态。
      • 托管类型和非托管类型之间的转换。 数据转换非常耗时转换过程中可能还会产生内存的管理和分配。 例如:C# 的string是用unicode 宽字符表示的 C/C++就是一个字符指针char*指向以一个已经结尾的内存。
    • 一些建议

      • 应当尽量减少对P/Invoke的调用
      • P/Invoke调用最好是粗粒度的,这个和网络通信所遵守的原则一样,尽量减少往返一次性做更多的事情。
  • 编写函数原型    

    • 非托管函数原型

      • BOOL WINAPI Beep(_in DWORD dwFreq,_in DWORD dwDuration) 
        Parameters
        dwFreq [in]

        The frequency of the sound, in hertz. This parameter must be in the range 37 through 32,767 (0x25 through 0x7FFF).

        dwDuration [in]
        Return value

        If the function succeeds, the return value is nonzero.

        If the function fails, the return value is zero. To get extended error information, call 

        Requirements

        DLL  Kernel32.dll

    • 托管原型

      • public static extern bool Beep([In]uint dwFreq, [In] uint dwDuration);
  • 关于[In]/[Out]

    • [In] 从调用者传递到被调用者
    • [Out]从被调用者传递到调用者
    • [In,Out]先从调用者传递到被调用者,然后从被调用者传回到调用者
  • 添加Attribute

    • 代码段
      [DllImportAttribute("kernel32.dll")]public static extern bool Beep([In]uint dwFreq, [In] uint dwDuration);

      CLR会找到kernel32.dll使用loadlibrary函数加载起来,然后通过GetProcAddress函数查找到Beep入口点地址,然后就可以通过入口点地址调用Beep函数。在调用之前CLR会做一些状态切换,需要进行参数转换.NET的32int 转换为 c++的32整型(在这里由于.NET的int 和c++的32整形是一样的所以不用转换可以直接传递)。但是也有复杂的情况,在字符串的情况下CRl需要把字符串内容备份拷贝,转换编码以\0结尾的字符串内存传递给c++。

  • DllImportAttribute

      DllImportAttribute(string dllName) dllName指定要调用的API所位于的DLL
    • CallingConvention=调用约定   调用者和被调用者之间的约定 

      • 参数   
        • 是放在栈上还是寄存器上?
        • 参数以什么顺序放?
        • 谁放这些参数?(调用者放)
        • 谁负责清理堆栈?
          • 不同编译器设定的栈结构不尽相同,跨开发平台时由函数调用者清除栈内数据不可行。
          • 某些函数的参数是可变的,如printf函数,这样的函数只能由函数调用者清除栈内数据。
          • 由调用者清除栈内数据时,每次调用都包含清除栈内数据的代码,故可执行文件较大。
        • 进栈顺序?  
      • 对函数名也有影响
      •  C语言编译器函数名称修饰规则
               __stdcall:编译后,函数名被修饰为“_functionname@number”。
               __cdecl:编译后,函数名被修饰为“_functionname”。
               __fastcall:编译后,函数名给修饰为“@functionname@nmuber”。
               注:“functionname”为函数名,“number”为参数字节数。
               注:函数实现和函数定义时如果使用了不同的函数调用协议,则无法实现函数调用。
         C++语言编译器函数名称修饰规则
               __stdcall:编译后,函数名被修饰为“?functionname@@YG******@Z”。
               __cdecl:编译后,函数名被修饰为“?functionname@@YA******@Z”。
               __fastcall:编译后,函数名被修饰为“?functionname@@YI******@Z”。
               注:“******”为函数返回值类型和参数类型表。
               注:函数实现和函数定义时如果使用了不同的函数调用协议,则无法实现函数调用。
               C语言和C++语言间如果不进行特殊处理,也无法实现函数的互相调用。
      • WinAPI 此成员实际上不是调用约定,而是使用了默认平台的调用约定。例如Windows上默认StdCall,在WindowsCE.NET上默认为Cdecl
      • Cdecl 调用方法清理堆栈。这使您能够调用具有varargs(可变参数)的函数(如Printf),C/C++默认的函数调用协议,函数参数由右向左入栈,函数调用结束后由函数调用者清除栈内数据。
      • FastCall  适用于对性能要求较高的场合。从左开始不大于4字节的两个参数放入CPU的ECX和EDX寄存器,其余参数从右向左入栈。函数调用结束后由被调用函数清除栈内数据。在寄存器中放入不大于4字节的参数,故性能较高,适用于需要高性能的场合。
      • StdCall  被调用方法清理堆栈。这是使用平台invoke调用非托管函数的默认约定。 Windows API默认的函数调用协议,函数参数由右向左入栈。函数调用结束后由被调用函数清除栈内数据。
      • ThisCall 第一个参数是this指针,它存储在寄存器ECX中。其他参数从右往左被推送到堆栈上。此调用约定用于对从非托管DLL导出的类调用方法 ,被调用者清理。 
    • CharSet=字符集

      • ANSI、Unicode(c#为16位)、Auto  
    • EntryPoint=入口点

      • 函数入口点     

      • 缺省为托管函数的名字   

    • ExactSpelling=准确命名(精确查找)

      • 使用指定名称查找函数,关闭Probing(探测)特性  
      • Probing指对函数正确名称进行猜测行为  
    • SetLastError=上次错误值

      • 保存上次的错误值 防止其他API调用冲掉P/Invoke的Error值
      • 使用Marshal.GetlastWin32Error API获得
    • 其他

      • PreserveSig=保持函数参数,是否自动进行retval返回值和HRESULT到异常转换
      • BestFitMapping=字符最佳映射(如∞转换到8)
      • ThrowOnUnmappableChar=无映射时抛出异常    
  • 调用Demo

    •  1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Runtime.InteropServices; 5 using System.Text; 6 using System.Threading.Tasks; 7  8 namespace demo1 9 {10 11 12   [StructLayoutAttribute(LayoutKind.Sequential)]13   public struct HWND__14   {15 16     /// int17     public int unused;18   }19 20   public partial class NativeMethods21   {22 23     /// Return Type: int24     ///hWnd: HWND->HWND__*25     ///lpText: LPCSTR->CHAR*26     ///lpCaption: LPCSTR->CHAR*27     ///uType: UINT->unsigned int28     [DllImportAttribute("user32.dll", EntryPoint = "MessageBoxA")]29     public static extern int MessageBoxA([InAttribute()] System.IntPtr hWnd, [InAttribute()] [MarshalAsAttribute(UnmanagedType.LPStr)] string lpText, [InAttribute()] [MarshalAsAttribute(UnmanagedType.LPStr)] string lpCaption, uint uType);30 31   }32   class Program33   {34     /// <summary>35     /// 用于生成简单的声音36     /// </summary>37     /// <param name="dwFreq">  Long,声音频率(从37Hz到32767Hz)。在windows95中忽略</param>38     /// <param name="dwDuration">  Long,声音的持续时间,以毫秒为单位。如为-1,表示一直播放声音,直到再次调用该函数为止。在windows95中会被忽略</param>39     /// <returns>Long,TRUE(非零)表示成功,否则返回零。会设置GetLastError</returns>40     [DllImport("kernel32.dll", CallingConvention = CallingConvention.Winapi, CharSet = CharSet.Unicode, EntryPoint = "Beep", ExactSpelling = true, SetLastError = true)]41     public static extern bool Beep([In]int dwFreq, [In] int dwDuration);42 43     [DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Unicode, EntryPoint = "MessageBox")]44     public static extern bool MsgBox(IntPtr hwnd,string text, string caption ,int type);45 46 47     static void Main(string[] args)48     {49       NativeMethods.MessageBoxA(IntPtr.Zero, "123", "321", 0);50      // Marshal.GetLastWin32Error();51       MsgBox(IntPtr.Zero, "123", "321",2);52      53       int[] ss = new int[7] { 262, 294, 330, 349, 392, 440, 494 };54 55       for (int i = 1; i < 8; i++)56       {57         Beep(ss[i-1] / 2, 500);58         Console.WriteLine("低" + i);59         Beep(0, 1000);60 61       62       }63       for (int i = 1; i < 8; i++)64       {65         Beep(ss[i - 1] , 500);66         Console.WriteLine("中" + i);67         Beep(0, 1000);68       }69       for (int i = 1; i < 8; i++)70       {71         Beep(ss[i - 1] * 2, 500);72         Console.WriteLine("高" + i);73         Beep(0, 1000);74       }75 76 77       //C#自带的应该也是通过上面的手段调用winapi78       int x = 9;79       //80       if (81         ((x >= 1) && (x <= 9)))82       {83         for (int i = 1; i <= x; i++)84         {85           Console.WriteLine("Beep number {0}.", i);86           Console.Beep(1111, 1111);87         }88       }89       else90         Console.WriteLine("Usage: Enter the number of times (between 1 and 9) to beep.");91 92     }93 94   }95 }

  • 推荐工具

   PInvokeInteropAssistant

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