从C#程序中调用非受管DLLs

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文章概要：
众所周知，.NET已经渐渐成为一种技术时尚，那么C#很自然也成为一种编程时尚。如何利用浩如烟海的Win32 API以及以前所编写的 Win32 代码已经成为越来越多的C#程序员所关注的问题。本文将介绍如何从C#代码中调用非受管DLLs。内容包括：1、如果某个函数是一个带有串类型（char*）输出参数的Win32 API 或者是DLL输出函数，那么从C#中如何调用它并获取从参数中返回的串呢？2、如何调用有结构（struct）和回调（callback）作为参数的函数，如GetWindowsRect 和EnumWindows？

众所周知，.NET已经渐渐成为一种技术时尚，那么C#很自然也成为一种编程时尚。如何利用浩如烟海的Win32 API以及以前所编写的 Win32 代码已经成为越来越多的C#程序员所关注的问题。本文将介绍如何从C#代码中调用非受管DLLs。如果某个函数是一个带有串类型（char*）输出参数的Win32 API 或者是DLL输出函数，那么从C#中如何调用它呢？对于输入参数的情形问题到不大，但如何获取从参数中返回的串呢？此外，如何调用有结构（struct）和回调（callback）作为参数的函数，如GetWindowsRect 和EnumWindows？那我们又如何将参数从C++和MFC中转换成C# 所要的类型呢？下面就让我们来一一解决这些问题。

微软.NET的一个最主要的优势是它提供一个语言无关的开发系统。我们可以用Visual Basic、C++、C#等等语言来编写类，然后在其它语言中使用，我们甚至可以用不同的语言来派生类。但是如何调用以前开发的非受管DLL呢？方法是必须将.NET对象转化成结构、char*以及C语言的指针。用行话说就是参数必须被列集（marshal）。说到列集，用一两句话也说不清楚。所幸的是实现列集并不要我们知道太多的东西。

为了从C# 中调用DLL函数，首先必须要有一个声明，就象长期以来使用Visual Basic的程序员所做的那样，只不过在C#中使用的是DllImport关键字：

1.using System.Runtime.InteropServices; // DllImport所在的名字空间

2.public class Win32 {

3.[DllImport("User32.Dll")]

4.public static extern void SetWindowText(int h, String s);

5.}

在C#中，DllImport关键字作用是告诉编译器入口点在哪里，并将打包函数捆绑在一个类中。我们可以为这类取任何名字，这里不妨将类名取为 Win32。我们甚至可以将这个类放到一个名字空间中，就象下面的代码这样：

01.///////////////////////

02.Win32API.cs 源代码

03.

04.// Win32API: 此为名字空间，打包所选的Win32 API 函数

05.// 编译方法：

06.// csc /t:library /out:Win32API.dll Win32API.cs

07.//

08.using System;

09.using System.Drawing;

10.using System.Text;

11.using System.Runtime.InteropServices;

12.

13./////////////////////////////////////////////////////////////////

14.// 包装Win32 API函数的名字空间。想用哪个Win32 API，往里添加即可。

15.//

16.namespace Win32API {

17.[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]

18.public struct POINT {

19.public POINT(int xx, int yy) { x=xx; y=yy; }

20.public int x;

21.public int y;

22.public override string ToString() {

23.String s = String.Format("({0},{1})", x, y);

24.return s;

25.}

26.}

27.

28.[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]

29.public struct SIZE {

30.public SIZE(int cxx, int cyy) { cx=cxx; cy=cyy; }

31.public int cx;

32.public int cy;

33.public override string ToString() {

34.String s = String.Format("({0},{1})", cx, cy);

35.return s;

36.}

37.}

38.

39.[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]

40.public struct RECT {

41.public int left;

42.public int top;

43.public int right;

44.public int bottom;

45.public int Width() { return right - left; }

46.public int Height() { return bottom - top; }

47.public POINT TopLeft() { return new POINT(left,top); }

48.public SIZE Size() { return new SIZE(Width(), Height()); }

49.public override string ToString() {

50.String s = String.Format("{0}x{1}", TopLeft(), Size());

51.return s;

52.}

53.}

54.

55.public class Win32 {

56.[DllImport("user32.dll")]

57.public static extern bool IsWindowVisible(int hwnd);

58.

59.[DllImport("user32.dll")]

60.public static extern int GetWindowText(int hwnd,

61.StringBuilder buf, int nMaxCount);

62.

63.[DllImport("user32.dll")]

64.public static extern int GetClassName(int hwnd,

65.[MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] StringBuilder buf,

66.int nMaxCount);

67.

68.[DllImport("user32.dll")]

69.public static extern int GetWindowRect(int hwnd, ref RECT rc);

70.

71.[DllImport("user32.dll")]

72.// 注意，运行时知道如何列集一个矩形

73.public static extern int GetWindowRect(int hwnd, ref Rectangle rc);

74.

75.......

76.}

77.}

用下面的命令行可以编译这段代码：

1.csc /t:library /out:Win32API.dll Win32API.cs

成功编译后，我们就有了一个可以在C#工程中使用的动态库了（Win32API.dll）。

1.using Win32API;

2.int hwnd = // get it...

3.String s = "I''''m so cute." ;

4.Win32.SetWindowText(hwnd, s);

编译器知道在user32.dll中找到SetWindowText，并在调用前自动将串转换为LPTSTR (TCHAR*)。真是神奇！.NET是如何实现的呢？其实，每一个C#类型都有一个缺省的列集类型。对于串来说，它的列集类型就是LPTSTR。但如果调用的是GetWindowText，它的串参数是一个输出参数，而非输入参数，因为串是不变的，再象上面这样处理就行不通了。我们可能一点都没有注意到，不论什么时候处理一个串时，都会创建一个新串。要想修改这个串，必须用StringBuilder：

1.using System.Text; // StringBuilder所在的名字空间

2.public class Win32 {

3.[DllImport("user32.dll")]

4.public static extern int GetWindowText(int hwnd,

5.StringBuilder buf, int nMaxCount);

6.}

StringBuilder缺省的列集类型是LPTSTR，但是GetWindowText现在可以修改实际的串。

1.int hwnd = // get it...

2.StringBuilder sb = new StringBuilder(256);

3.Win32.GetWindowText(hwnd, sb, sb.Capacity);

所以我们第一个问题的答案就是：使用StringBuilder。前面讨论的方法固然可以行得通，但有一种情况没有考虑，那就是如果缺省的列集类型不是你想要的类型怎么办？例如想要调用GetClassName，Windows编程高手都知道，GetClassName的参数与大多数其它的API函数的参数有所不同，它的串参数是LPSTR (char*)，甚至是Unicode串。如果传递一个串，公共语言运行时（CLR）将把它转换成TCHARs――是不是很糟啊！不用害怕，我们可以用MarshalAs来改写缺省的处理：

1.[DllImport("user32.dll")]

2.public static extern int GetClassName(int hwnd,

3.[MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] StringBuilder buf,

4.int nMaxCount);

现在我们调用GetClassName，.NET将串作为ANSI字符传递，而不是宽字符，搞掂！以上我们解决了如何获取函数载参数中返回的字符串。下面我们来看看结构参数和回调参数的情形。不用说，.NET肯定有办法处理它们。就拿GetWindowRect为例。这个函数用窗口屏幕坐标填充一个RECT。

1.// 在C/C++中

2.RECT rc;

3.HWND hwnd = FindWindow("foo",NULL);

4.::GetWindowRect(hwnd, &rc);

在C#中如何调用呢？如何传递RECT呢？方法是将它作为一个C#结构，用另一个属性：它就是StructLayout：

1.[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]

2.public struct RECT {

3.public int left;

4.public int top;

5.public int right;

6.public int bottom;

7.}

一旦有了结构定义，便可以象下面这样来打包实现：

1.[DllImport("user32.dll")]

2.public static extern int

3.GetWindowRect(int hwnd, ref RECT rc);

注意这里用到了ref，这一点很重要，CLR会将RECT作为引用传递，以便函数可以修改我们的对象，而不是无名字的堆栈拷贝。定义了GetWindowRect之后，我们可以象下面这样调用：

1.RECT rc = new RECT();

2.int hwnd = // get it ...

3.Win32.GetWindowRect(hwnd, ref rc);

注意这里必须声明并使用ref――罗嗦！C# 结构的缺省列集类型还能是什么？――LPStruct，所以就不必再用MarshalAs了。但如果RECT是个类，而非结构的话，那就必须象下面这样实现打包：

1.// 如果RECT 是个类，而不是结构

2.[DllImport("user32.dll")]

3.public static extern int

4.GetWindowRect(int hwnd,

5.[MarshalAs(UnmanagedType.LPStruct)] RECT rc);

C#与C++类似，许多事情都可以殊途同归，System.Drawing中已经有了一个Rectangle结构用来处理矩形，所以为什么要重新发明轮子呢？

1.[DllImport("user32.dll")]

2.public static extern int GetWindowRect(int hwnd, ref Rectangle rc);

运行时既然已经知道如何将Rectangle作为Win32 RECT进行列集。请注意，在实际的代码中就没有必要再调用GetWindowRect（Get/SetWindowText亦然），因为Windows.Forms.Control类已具有这样的属性：用Control.DisplayRectangle获取窗口矩形，用Control.Text设置/获取控件文本

1.Rectangle r = mywnd.DisplayRectangle;

2.mywnd.Text = "I''''m so cute";

如果出于某种原因已知的是某个HWND，而不是一个控件派生对象，那么只需要象示范的那样来打包API。以上我们已经搞掂了串、结构以及矩形……还有什么呢？对了，还有回调（callbacks）。如何将回调从C#传递到非受管代码呢？记住只要用委托(delegate)即可：

1.delegate bool EnumWindowsCB(int hwnd, int lparam);

一旦声明了委托/回调类型，就可以象下面这样打包：

1.[DllImport("user32")]

2.public static extern int

3.EnumWindows(EnumWindowsCB cb, int lparam);

上面的delegate仅仅是声明了一个委托类型，我们还必须在类中提供一个实际的委托实现：

1.// 在类中

2.public static bool MyEWP(int hwnd, int lparam) {

3.// do something

4.return true;

5.}

然后对它进行打包处理：

1.EnumWindowsCB cb = new EnumWindowsCB(MyEWP);

2.Win32.EnumWindows(cb, 0);

聪明的读者回注意到我们这里掩饰了lparam的问题，在C中，如果你给EnumWindows一个LPARAM，则Windows会用它通知回调函数。一般典型的lparam是一个结构或类指针，其中包含着我们需要的上下文信息。但是记住，在.NET中绝对不能提到"指针"！那么如何做呢？这是可以将lparam声明为IntPtr并用GCHandle对它进行打包：

01.// 现在lparam 是 IntPtr

02.delegate bool EnumWindowsCB(int hwnd, IntPtr lparam);

03.

04.// 在GCHandle中打包对象

05.MyClass obj = new MyClass();

06.GCHandle gch = GCHandle.Alloc(obj);

07.EnumWindowsCB cb = new EnumWindowsCB(MyEWP);

08.Win32.EnumWindows(cb, (IntPtr)gch);

09.gch.Free();

最后不要忘了调用Free！ C#中有时也需要与以往一样必须要我们自己释放占用的内存。为了存取载枚举器中的lparam"指针"，必须使用GCHandle.Target。

1.public static bool MyEWP(int hwnd, IntPtr param) {

2.GCHandle gch = (GCHandle)param;

3.MyClass c = (MyClass)gch.Target;

4.// ... use it

5.return true;

6.}

下面是一个窗口数组类：

01.//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

02.WinArray.cs

03.

04.// WinArray: 用EnumWindows 产生顶层窗口的清单ArrayList

05.//

06.using System;

07.using System.Collections;

08.using System.Runtime.InteropServices;

09.

10.namespace WinArray {

11.

12.public class WindowArray : ArrayList {

13.private delegate bool EnumWindowsCB(int hwnd, IntPtr param);

14.

15.// 这里声明的是private类型的委托，因为只有我使用它，其实没必要这样做。

16.[DllImport("user32")]

17.private static extern int EnumWindows(EnumWindowsCB cb,

18.IntPtr param);

19.

20.private static bool MyEnumWindowsCB(int hwnd, IntPtr param) {

21.GCHandle gch = (GCHandle)param;

22.WindowArray itw = (WindowArray)gch.Target;

23.itw.Add(hwnd);

24.return true;

25.}

26.

27.// 这是唯一的public 类型方法，你需要调用的唯一方法

28.public WindowArray() {

29.GCHandle gch = GCHandle.Alloc(this);

30.EnumWindowsCB ewcb = new EnumWindowsCB(MyEnumWindowsCB);

31.EnumWindows(ewcb, (IntPtr)gch);

32.gch.Free();

33.}

34.}

35.}

这个类将EnumWindows封装在一个数组中，不用我们再去进行繁琐的委托和回调，我们可以象下面这样轻松使用这个类：

1.WindowArray wins = new WindowArray();

2.foreach (int hwnd in wins) {

3.// do something

4.}

是不是很帅啊！我们甚至还可以在受管C++中使用DllImport风格的包装类。在.NET环境中，只要能进行相应的转换，便可以在受管和非受管世界之间随心所欲地聘驰，大多数情况下的转换是自动的，不必关心太多的事情。需要进行MarshalAs或者打包GCHandle的情况很少。有关C#和非受管C++之间的平台调用的其它细节问题，可以参考.NET的有关文档。下面是本文提供的一个带有开关的控制台小程序ListWin。它的功能是列出所有顶层窗口，输出可以显示HWNDs、窗口类名、窗口标题以及窗口矩形，用RECT或Rectangle。这些内容的显示可用开关控制。

01.//////////////////////////////////////////////////////

02.ListWin.cs 源代码

03.using System;

04.using System.Text;

05.using System.Drawing;

06.using System.Diagnostics;

07.using System.Runtime.InteropServices;

08.using Win32API; // 自己写的API打包器

09.using WinArray; // 自己写的窗口迭代器

10.class MyApp {

11.// 全局命令行开关

12.static bool bRectangle = false; // 用Rectangle显示窗口矩形