C#与C++代码的互操作方式
title: C#与C++代码的互操作方式date: 2024-01-10
categories: 编程
tags:
- C#
- .NET
- C++
- COM
- 平台调用大致介绍
在写C#程序时经常有与本地代码（C/C++）代码交互的需求。微软提供了许多种方式供我们选择，
最常用的有以下三种（A->B指A可以引用B）：
flowchart LR A--P/Invoke-->B AC AD DC-->B subgraph 托管环境 A[.NET应用程序] end subgraph 非托管环境 B C D end
[*]P/Invoke (Platform Invoke)：平台调用，是一种用于和非托管函数进行交互的技术，
在调用Windows API的时候有大量的运用。特点是无需编写兼容层代码即可使用。
[*]C++ Interop：托管C++，使用C++/CLI (Common Language Infrastructure)语言，
特点是可以将托管代码和非托管代码写在一个文件/程序集里，从而使得它十分灵活，它本质上还是平台调用。
[*]COM (Component Object Model)：组件对象模型，是微软早在.NET出现之前就提出的一种Windows开发技术，
现在Windows中到处都有它参与。虽然它是很老的技术，但在最新的技术中也可以看到它的身影（如WinUI3）。
需不需要写兼容层代码取决于原来的代码有没有使用COM，如Win32就没有使用，而WinRT使用了。
那么如何从这之中选择呢？以下列出了三种方式的大致区别：
P/InvokeC++ InteropCOM Interop支持平台全平台仅Windows理论上全平台语言标准C/C++C++/CLIIDL导出对象函数类类引用方式DllImport直接引用ComImport上手难度几乎无难度简单复杂兼容层代码不需要需要可能需要性能测试
选择一种技术最重要的指标就是效率了，我测试了三种技术分别在大量调用、大量执行次数情况下的表现情况。
调用次数是由托管代码实现的（即调用Test的次数），执行次数是由本地代码实现的（即传入的参数executions）。
我选择了IsWindows10OrGreater函数进行调用测试：
HRESULT Test(int executions)
{
for (int i = 0; i < executions; ++i)
{
IsWindows10OrGreater();
}
return S_OK;
}源代码可以参见仓库，
我在Windows11 64位系统下运行，使用.NET 8运行时，以下是测试结果：
调用/执行次数P/InvokeC++ InteropCOM Interop1000000/101.162s01.327s32.504s1/100000001.054s01.294s01.063s可见除了大量调用COM，其他的方法效率都差不多。这是因为每次调用COM都会产生一个COM对象，
从而导致速度很慢。三种方法都有类型封送（Marshal）操作，这也是最花时间部分，所以使用时间都差不多。
可以从下面流程图了解大致流程：
P/Invoke流程图
flowchart LR B-->C-->F--平台调用
封送处理-->G D~~~E subgraph 非托管 subgraph G A[非托管函数] end end subgraph 托管 B[托管源代码] C[编译器] subgraph CLR subgraph F[程序集] direction TB D[元数据] E end end endCOM流程图
flowchart LR X--IDispatch---F Y--ISimpleCOMCalculator---F Z--IUnknown---F A-->B C-->D-->B-->E-->Y subgraph 托管代码 A[托管应用程序] B[元数据代理] C D([类型库导入程序
TlbImp.exe]) end E[运行库课调用包装
RCW] subgraph 非托管COM代码 F X(( )) Y(( )) Z(( )) end个人看法
P/Invoke的两端是标准的C/C++和标准的C#（.NET）代码，是保持可移植性、可读性的不二之选。
平台调用流程相对简单，过程更加透明，在绝大多数情况下都应该选择它。
但它的缺点是无法导出类，如果大型项目有面对对象的需求（类似于DirectX）则不是最优选择。
C++ Interop灵活性非常高，可以准确控制封送过程，所以性能理论上也更好。
但是缺点也更严重，它只能面向Windows平台，
很多情况下这个缺点是不能接受的。如果目标项目是只面向Windows平台（如WinForm，WPF等），
且要调用大量本地API，而且对性能要求较苛刻的情况下，可以考虑使用。
COM有着很复杂的内部结构，学习成本较高。如果写小型项目，即使有面向对象的需求也不需要使用它。
但如果接触Windows平台编程，几乎绕不开调用COM，所以也要对调用COM代码有一定程度的了解。
同时也要避免创建大量COM对象，这可能导致性能低下。
可以参考《精通.NET互操作 P/Invoke，C++Interop和COM Interop》这本书来学习。
[*]InteropPerformanceTest ↩︎
[*]C++/CLI .NET Core 限制 ↩︎
[*]《精通.NET互操作 P/Invoke，C++Interop和COM Interop》 黄际洲 崔晓源 著 ↩︎
来源:https://www.cnblogs.com/pokersang/Undeclared/17964168
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