公共语言运行库(CLR)开发系列课程(1)：Pinvoke 简介学习笔记

时间 2019-12-14

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前言

　　让拖管代码对象和非托管对象协同工做的过程称为互用性(Interoperability)，一般简称为 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），这一般发生在使用平台调用服务（Platfrom Invocation Services）即P/Invoke。容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 对象可以与 COM 对象通讯。
　　如调用系统的 API 或与 COM 对象打交道，经过 System.Runtime.InteropServices 命名空间
　　虽然使用 Interop 很是方便，但据估计每次调用事务都要执行 10 到 40 条指令，算起来开销也很多，因此咱们要尽可能少调用事务
　　若是非用不可，建议本着一次调用执行多个动做，而不是屡次调用每次只执行少许动做的原则c++

为何要使用P/Invoke
- 速度
  - .NET下的JIT（即时编译器）和GC（垃圾回收）一般性能十分优秀
  - 某些特定对性能很是敏感的状况下，C/C++/汇编仍然有着性能上的优点
    - 使用汇编能够手动优化机器代码
    - 能够手动管理内存
    - 部门状况下C/C++编译器（他们在build过程当中已经将优化作完）比JIT优化作的更好（运行时才生成对应机器代码）
    - 注意：使用C/C++会致使生产率降低。
    - 好坏须要根据适用场景权衡
- 功能
  - .NET Framework的类库缺乏某些功能
    - 部分Windows API并无对应的.NET API
    - 新的Windows的功能暂时并无对应的.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
  - 若是作程序迁移能够先迁移部分简单到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)内部须要切换不少状态。
  - 托管类型和非托管类型之间的转换。数据转换很是耗时转换过程当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
  - 应当尽可能减小对P/Invoke的调用
  - P/Invoke调用最好是粗粒度的，这个和网络通讯所遵照的原则同样，尽可能减小往返一次性作更多的事情。
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).c#
    
    dwDuration [in]
    
    Return value
    
    If the function succeeds, the return value is nonzero.windows
    
    If the function fails, the return value is zero. To get extended error information, call api
    Requirements
    DLL Kernel32.dll网络
- 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，而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，而后经过GetProcAddress函数查找到Beep入口点地址，而后就能够经过入口点地址调用Beep函数。在调用以前CLR会作一些状态切换，须要进行参数转换.NET的32int 转换为 c++的32整型（在这里因为.NET的int 和c++的32整形是同样的因此不用转换能够直接传递）。可是也有复杂的状况，在字符串的状况下CRl须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++。app
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
    - 是放在栈上仍是寄存器上？
    - 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？
      - 不一样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若是使用了不一样的函数调用协议，则没法实现函数调用。
    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若是使用了不一样的函数调用协议，则没法实现函数调用。
           C语言和C++语言间若是不进行特殊处理，也没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。这使您可以调用具备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，其他参数从右向左入栈。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，适用于须要高性能的场合。
  - 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。其余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　　　　　函数
  - 缺省为托管函数的名字　　　工具
- 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想行为　　
- SetLastError=上次错误值
  - 保存上次的错误值防止其余API调用冲掉P/Invoke的Error值
  - 使用Marshal.GetlastWin32Error API得到
- 其余
  - 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

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         /// int
17         public int unused;
18     }
19 
20     public partial class NativeMethods
21     {
22 
23         /// Return Type: int
24         ///hWnd: HWND->HWND__*
25         ///lpText: LPCSTR->CHAR*
26         ///lpCaption: LPCSTR->CHAR*
27         ///uType: UINT->unsigned int
28         [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 Program
33     {
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，不然返回零。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#自带的应该也是经过上面的手段调用winapi
78             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             else
90                 Console.WriteLine("Usage: Enter the number of times (between 1 and 9) to beep.");
91 
92         }
93  
94     }
95 }

推荐工具

　　　PInvokeInteropAssistant性能

声明

本文为学习笔记若有侵犯请联系我，学习课程名由张羿主讲的《公共语言运行库(CLR)开发系列课程(1)：Pinvoke简介》百度能够搜索到相关学习资料我收集资料并不全官方不提供下载了如今只有视频提供下载第三方地址学习

公共语言运行库(CLR)开发系列课程(1)：Pinvoke 简介 学习笔记

前言

为何要使用P/Invoke

速度

功能

重用

P/Invoke速度较慢

一些建议

编写函数原型

非托管函数原型

托管原型

关于[In]/[Out]

添加Attribute

DllImportAttribute

CallingConvention=调用约定 调用者和被调用者之间的约定

CharSet=字符集

EntryPoint=入口点

ExactSpelling=准确命名(精确查找)

SetLastError=上次错误值

其余

Demo

推荐工具

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编写函数原型　　　　

CallingConvention=调用约定调用者和被调用者之间的约定