C# P/Invoke：包含函数指针的编组结构

Question

抱歉，接下来的介绍很冗长。我需要比我更了解 P/Invoke 内部结构的人的见解。

以下是我如何将包含函数指针的结构从 C 编组到 C#。我想知道这是否是最干净和/或最有效的方法。

我正在与用 C 编码的本机 DLL 进行交互，该 DLL 提供以下入口点：

void* getInterface(int id);

您必须传递 getInterface(int) 以下枚举值之一：

enum INTERFACES
{
  FOO,
  BAR
};

它返回一个指向包含函数指针的结构的指针就像：

typedef struct IFOO
{
  void (*method1)(void* self, int a, float b);
  void (*method2)(void* self, int a, float b, int c);
} IFoo;

下面是在 C 中使用它的方法：

IFoo* interface = (IFoo*)getInterface(FOO);
interface->method1(obj, 0, 1.0f); // where obj is an instance of an object
                                  // implementing the IFoo interface.

在 C# 中，我有一个 Library 类，它使用 P/Invoke 映射 getInterface(int) 入口点。

class Library
{
  [DllImport("MyDLL"), EntryPoint="getInterface", CallingConvention=CallingConvention.Cdecl)]
  public static extern IntPtr GetInterface(int id);
};

然后我定义：

struct IFoo
{
  public M1 method1;
  public M2 method2;


  [UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.Cdecl)]
  public delegate void M1(IntPtr self, int a, float b);

  [UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.Cdecl)]
  public delegate void M2(IntPtr self, int a, float b, int c);
}

并且我以这种方式使用它：

IntPtr address = Library.GetInterface((int)Interfaces.FOO);
IFoo i = (IFoo)Marshal.PtrToStructure(address, typeof(IFoo));

i.method1(obj, 0, 1.0f): // where obj is an instance of an object
                         // implementing the IFoo interface.

我有以下问题：

1. 映射整个结构是否比使用Marshal.GetDelegateForFunctionPointer()映射结构内的单个指针效率低 ？

   由于我基本上不需要接口公开的所有方法，所以我可以这样做（经过测试并且有效）：

   不安全
   {
     IntPtr地址 = Library.GetInterface(id);
     IntPtr m2address = new IntPtr(((void**)address.toPointer())[1]);
   
     M2 方法2 = (M2)Marshal.GetDelegateForFunctionPointer(m2address, typeof(M2));
   
     方法2(obj, 0, 1.0f, 1);
   }
   

2. 当使用 Marshal.PtrToStructure() 一次映射整个结构时，有吗比我描述的更简洁的方式？我的意思是比必须为每个方法等定义委托类型更简洁？

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编辑：为了清晰和完整起见，在上面的代码片段中，obj是通过void* createObject(int type)入口点获取的实例。

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EDIT2：方法 1) 的优点之一是 Marshal.GetDelegateForFunctionPointer() 仅从 .NET Framework 2.0 开始可用。但是，Marshal.PrtToStructure() 始终可用。也就是说，我不确定现在是否值得确保 1.0 兼容性。

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EDIT3：我尝试使用 Reflector 检查生成的代码，但它没有提供太多信息信息，因为所有有趣的细节都是在 PtrToStructureHelper 等辅助函数中完成的，并且不会公开。然后，即使我可以看到框架内部做了什么，运行时也有机会优化一些东西，但我不知道到底是什么、为什么以及何时:)

但是，我对我的问题中描述的两种方法进行了基准测试。与 Marshal.GetDelegateForFunctionPointer() 方法相比，Marshal.PtrToStructure() 方法慢了约 10%；该结构包含所有不感兴趣的函数的 IntPtr 。

我还将 Marshal.GetDelegateForFunctionPointer() 与我自己的滚动编组器进行了比较：我对齐表示调用堆栈的 struct，将其固定在内存中，将其地址传递到本机端我使用用 asm 编码的蹦床，以便调用函数使用内存区域作为其参数堆栈（这是可能的，因为 cdecl x86 调用约定传递堆栈上的所有函数参数）。时间是相同的。

Answer 1

这就是我要开始的内容。

用法：

IFoo foo = UnsafeNativeMethods.GetFooInterface();
foo.Method1(0, 1.0f);

实施：

internal interface IFoo
{
    void Method1(int a, float b);
    void Method2(int a, float b, int c);
}

internal static class UnsafeNativeMethods
{
    public static IFoo GetFooInterface()
    {
        IntPtr self = GetInterface(InterfaceType.Foo);
        NativeFoo nativeFoo = (NativeFoo)Marshal.PtrToStructure(self, typeof(NativeFoo));
        return new NativeFooWrapper(self, nativeFoo.Method1, nativeFoo.Method2);
    }

    [DllImport("mydll.dll", EntryPoint = "getInterface", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
    private static extern IntPtr GetInterface(InterfaceType id);

    [UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.Cdecl)]
    private delegate void Method1Delegate(IntPtr self, int a, float b);

    [UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.Cdecl)]
    private delegate void Method2Delegate(IntPtr self, int a, float b, int c);

    private enum InterfaceType
    {
        Foo,
        Bar
    }

    private struct NativeFoo
    {
        public Method1Delegate Method1;
        public Method2Delegate Method2;
    }

    private sealed class NativeFooWrapper : IFoo
    {
        private IntPtr _self;
        private Method1Delegate _method1;
        private Method2Delegate _method2;

        public NativeFooWrapper(IntPtr self, Method1Delegate method1, Method2Delegate method2)
        {
            this._self = self;
            this._method1 = method1;
            this._method2 = method2;
        }

        public void Method1(int a, float b)
        {
            _method1(_self, a, b);
        }

        public void Method2(int a, float b, int c)
        {
            _method2(_self, a, b, c);
        }
    }
}

Answer 2

我不知道你的问题 1 的答案。我希望 Marshal.PtrToStructure() 是根据其他 Marshal 原语实现的，因此仅使用单个元素会更有效Marshal.GetDelegateForFunctionPointer。但这只是一个猜测——值得你为此付出的代价。

至于你的问题2。不，没有更简单的方法来做到这一点。有一种更详细的方法。您可以使用旧式 MIDL 编译器为您的 dll 构建类型库并加载该类型库。但 MIDL 的可用封送选项比您在 C# 中描述的要有限得多。而且 MIDL 编译器很难使用，您可能最终不得不编写另一个非托管 DLL 来在托管代码和目标 DLL 之间进行互操作。

Answer 3

对于第 1 点：

如果您的结构体包含大量函数指针并且您只使用了一些函数指针，则 Marshal.GetDelegateForFunctionPointer() 会更简单。一个（主要）缺点是您必须手动计算函数指针的偏移量（请注意，32/64 位平台上的指针大小不同）。结构更易于使用，但可以整理更多数据。

对于第 2 点：

我认为不可能有更简洁的方法。您可以只为您想要使用的函数定义委托，并为您不想使用的函数指针使用虚拟委托。这样，编组将正常执行，但最终会得到一个包含不可调用委托的结构。