利用PInvoke实现C++和C#联合编程

C#和C++联合编程有以下两种常用的方式：

1. 利用PInvoke实现直接调用，该方法仅支持函数调用。
2. 利用C++/CLI作为代理中间层。

基于PInvoke调用C++

数据类型大小

虽然不同语言中可能对于不同类型的名字不同，但其根本上都是在操作对应数据的指针。至少能够确定好C#和C++之间的类型对应关系（字节数相同），那么我们就可以通过指针传递数据地址实现跨语言的通信。下面给出两种语言之间的基础类型对应关系。

C/C++	C#	长度
short	short	2 Bytes
int	int	4 Bytes
long（该类型在传递的时候常常会弄混）	int	4 Bytes
bool	bool	1 Byte
char（ASCII 字符）	byte	1 Byte
wchar_t（Unicode 字符，与 C# 的 Char 兼容）	char	2 Bytes
float	float	4 Bytes
double	double	8 Bytes

调用流程

在VS中创建一个C++动态链接库。然后分别写头文件和源文件。对于头文件的编写我们可以直接使用MSDN中提供的头文件模板进行修改。另外对于需要预编译的文件，我们还需要引用pch.h头文件才能编译成功。

头文件模板

// MathLibrary.h - Contains declarations of math functions
//防止重复编译
#pragma once

//用于指定函数用于导出还是导入
#ifdef MATHLIBRARY_EXPORTS
#define MATHLIBRARY_API __declspec(dllexport)
#else
#define MATHLIBRARY_API __declspec(dllimport)
#endif

//以C的命名规范去导出函数名（同名），如果用C++的名字会很乱
extern "C" MATHLIBRARY_API void fibonacci_init(
    const unsigned long long a, const unsigned long long b);

extern "C" MATHLIBRARY_API bool fibonacci_next();

extern "C" MATHLIBRARY_API unsigned long long fibonacci_current();

extern "C" MATHLIBRARY_API unsigned fibonacci_index();

---

参数传递

我们简单定义一个函数来实现基本数据类型的传参和返回值。然后在一个C#控制台应用中调用该函数。

cpp

//test.h
#pragma once
#include"pch.h"

#ifdef MATHLIBRARY_EXPORTS
#define MATHLIBRARY_API __declspec(dllexport)
#else
#define MATHLIBRARY_API __declspec(dllimport)
#endif
extern "C" MATHLIBRARY_API int sayHello(int a);

//test.cpp
#include "test.h"
int sayHello(int a) 
{
	return a + 3;
}

cs

internal class Program
{

    [DllImport("./TestDll.dll", EntryPoint = "sayHello",CharSet =CharSet.Ansi)]
    extern static int mySayHello(int a);
    private static void Main(string[] args)
    {

        var b = mySayHello(3);
        Console.WriteLine(b);
    }
}

---

需要注意的是，我们在C#中要使用特性标识该函数为指定Dll中的指定方法(EntryPoint)。

介绍几个比较重要的参数。

1. dllName：所需调用的DLL文件的路径。
2. EntryPoint：调用函数的名称（同名时可以不写）。
3. CharSet：指定字符编码规则，仅在传递字符或字符串时生效。因为C++和C#的默认编码规则不同。如果不指定CharSet说明一个字符编码的字节数量，可能会导致C++那边读取错位。
4. CallingConvention：双方约定谁对调用堆栈负责。函数返回后会有一个出栈的操作，如果双方都对栈进行清理，那么肯定会出错。

CallingConvention	C/C++ 中常见对应	参数压栈顺序	谁清理栈	是否支持变参	典型使用场景	备注
Winapi	Windows API（自动选择）	右 → 左	被调用者	❌	调用 Windows API	默认值，在 Windows 下等价于 StdCall
Cdecl	__cdecl	右 → 左	调用者	✅	C 库函数（如 printf）	唯一支持可变参数
StdCall	__stdcall	右 → 左	被调用者	❌	Win32 DLL 导出函数	栈更安全，Windows API 常用
ThisCall	__thiscall	右 → 左（this 在寄存器）	被调用者	❌	C++ 成员函数	P/Invoke 几乎不用
FastCall	__fastcall	寄存器 + 栈	被调用者	❌	高性能场景	跨语言不推荐

调用成功结果如下：

指针的传递

由于C#是托管代码，传递指针时。我们必须防止GC因为优化内存布局导致C#这边的指针发生移动。所以需要使用fixed关键字固定住指针，直到C++那边处理结束。
针对一下类型的指针，我们需要进行固定。

1. 托管数组（如 int[]、byte[]、char[]）。
2. 包含非托管类型字段的结构体（struct）（需用 fixed 固定结构体的字段指针）。
3. string 类型，实际上是char[]（固定后可获取其字符的指针）。

复杂类型传递

这里的复杂类型主要指的是结构体。传递结构体主要注意以下几点。

1. 要传递的成员为公有的值类型字段
2. C#中结构体字段类型与C++结构体中的字段类型相兼容
3. C#结构中的字段顺序与C++结构体中的字段顺序相同，要保证该功能，需要将C#结构体标记为[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]，如果有字符串类型数据还需要指定CharSet

我们首先在C#中定义如下的结构体。

结构体特性中的CharSet属性指明当前结构体中的字符数据以何种方式内放在内存中。
ANSI===char*
Unicode===wchar_t*

---

这里起作用的是结构体特性中指定的CharSet，因为调用的API没有字符串类型的参数，所以DllImport特性中的CharSet没影响。

然后在CPP中声明一个同样结构的结构体。

调用方法相同.这里可能还会是乱码，但数据是正确传过去了，只需要在CPP那边修改一下控制台的编码规则，即可正常显示中文。

传递C#函数指针实现C++回调

C++本身就支持函数指针，C#这边的函数指针实际上就是委托。因此完全可以实现这种回调。
参数列表的参数要保持一致。在C#那边用委托声明函数指针，然后CPP就用正常的函数指针声明。
CS中声明如下

C++中声明如下

这个回调会把C++那边传入的参数加3再返回。最后结果打印一个6说明调用成功，并且你在C#开调试断点也能够进来。

跨语言的类传递

由于PInvoke本身不支持Class的传递，这里的类传递也是通过指针实现的，并且传递的类没办法在两种语言之间自动转换。建议的用法就是C#这边就保留一个对应类的指针(IntPtr)，有关类的操作全部（包括创建、销毁）等交给C++处理，然后返回对应的结果。 此时C++那边相当于一个工厂。C#这边通过判断指针监视其生命周期。由于方法的限制，我们只能通过静态方法去获取类的数据。