C#中互操作性簡介

更新時間：2020年07月23日 10:45:47 作者：Learning hard

這篇文章主要介紹了C#中互操作性的相關(guān)資料,文中講解非常細致，幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)，感興趣的朋友可以了解下

一、引言

　　這個系列是在C#基礎(chǔ)知識中遺留下來的一個系列的，因為在C# 4.0中的一個新特性就是對COM互操作改進，然而COM互操作性卻是.NET平臺下其中一種互操作技術(shù)，為了幫助大家更好的了解.NET平臺下的互操作技術(shù)，所以才有了這個系列。然而有些朋友們可能會有這樣的疑問——“為什么我們需要掌握互操作技術(shù)的呢？” 對于這個問題的解釋就是——掌握了.NET平臺下的互操作性技術(shù)可以幫助我們在.NET中調(diào)用非托管的dll和COM組件。.NET是建立在操作系統(tǒng)的之上的一個開發(fā)框架，其中.NET 類庫中的類也是對Windows API的抽象封裝，然而.NET類庫不可能對所有Windows API進行封裝，當(dāng).NET中沒有實現(xiàn)某個功能的類，然而該功能在Windows API被實現(xiàn)了，此時我們完全沒必要去自己在.NET中自定義個類，這時候就可以調(diào)用Windows API 中的函數(shù)來實現(xiàn)，此時就涉及到托管代碼與非托管代碼的交互，此時就需要使用到互操作性的技術(shù)來實現(xiàn)托管代碼和非托管代碼更好的交互。.NET 平臺下提供了3種互操作性的技術(shù)：

Platform Invoke(P/Invoke)，即平臺調(diào)用,主要用于調(diào)用C庫函數(shù)和Windows API
C++ Introp, 主要用于Managed C++(托管C++)中調(diào)用C++類庫
COM Interop, 主要用于在.NET中調(diào)用COM組件和在COM中使用.NET程序集。

下面就對這3種技術(shù)分別介紹下。

二、平臺調(diào)用

　　使用平臺調(diào)用的技術(shù)可以在托管代碼中調(diào)用動態(tài)鏈接庫（Dll）中實現(xiàn)的非托管函數(shù)，如Win32 Dll和C/C++ 創(chuàng)建的dll。看到這里，有些朋友們應(yīng)該會有疑問——在怎樣的場合我們可以使用平臺調(diào)用技術(shù)來調(diào)用動態(tài)鏈接庫中的非托管函數(shù)呢？

　　這個問題就如前面引言中說講到的一樣，當(dāng)在開發(fā)過程中，.NET類庫中沒有提供相關(guān)API然而Win32 API 中提供了相關(guān)的函數(shù)實現(xiàn)時，此時就可以考慮使用平臺調(diào)用的技術(shù)在.NET開發(fā)的應(yīng)用程序中調(diào)用Win32 API中的函數(shù)；

　　然而還有一個使用場景就是——由于托管代碼的效率不如非托管代碼，為了提高效率，此時也可以考慮托管代碼中調(diào)用C庫函數(shù)。

2.1 在托管代碼中通過平臺調(diào)用來調(diào)用非托管代碼的步驟

(1). 獲得非托管函數(shù)的信息，即dll的名稱，需要調(diào)用的非托管函數(shù)名等信息

(2). 在托管代碼中對非托管函數(shù)進行聲明，并且附加平臺調(diào)用所需要屬性

(3). 在托管代碼中直接調(diào)用第二步中聲明的托管函數(shù)

2.2 平臺調(diào)用的調(diào)用過程

(1) 查找包含該函數(shù)的DLL，當(dāng)需要調(diào)用某個函數(shù)時，當(dāng)然第一步就需要知道包含該函數(shù)的DLL的位置，所以平臺調(diào)用的第一步也就是查找DLL，其實在托管代碼中調(diào)用非托管代碼的調(diào)用過程可以想象成叫某個人做事情，首先我們要找到那個人在哪里（即查找函數(shù)的DLL過程），找到那個人之后需要把要做的事情告訴他（相當(dāng)于加載DLL到內(nèi)存中和傳入?yún)?shù)），最后讓他去完成需要完成的事情（相當(dāng)于讓非托管函數(shù)去執(zhí)行任務(wù)）。

(2) 將找到的DLL加載到內(nèi)存中。

(3) 查找函數(shù)在內(nèi)存中的地址并把其參數(shù)推入堆棧，來封送所需的數(shù)據(jù)。CLR只會在第一次調(diào)用函數(shù)時，才會去查找和加載DLL，并查找函數(shù)在內(nèi)存中的地址。當(dāng)函數(shù)被調(diào)用過一次之后，CLR會將函數(shù)的地址緩存起來，CLR這種機制可以提高平臺調(diào)用的效率。在應(yīng)用程序域被卸載之前，找到的DLL都一直存在于內(nèi)存中。

(4) 執(zhí)行非托管函數(shù)。

平臺調(diào)用的過程可以通過下圖更好地理解：

三、C++ Interop

　　第二部分主要向大家介紹了第一種互操作性技術(shù)，然后我們也可以使用C++ Interop技術(shù)來實現(xiàn)與非托管代碼進行交互。然而C++ Interop 方式有一個與平臺調(diào)用不一樣的地方，就是C++ Interop 允許托管代碼和非托管代碼存在于一個程序集中，甚至同一個文件中。C++ Interop 是在源代碼上直接鏈接和編譯非托管代碼來實現(xiàn)與非托管代碼進行互操作的，而平臺調(diào)用是加載編譯后生成的非托管DLL并查找函數(shù)的入口地址來實現(xiàn)與非托管函數(shù)進行互操作的。C++ Interop使用托管C++來包裝非托管C++代碼，然后編譯生成程序集，然后再托管代碼中引用該程序集，從而來實現(xiàn)與非托管代碼的互操作。關(guān)于具體的使用和與平臺調(diào)用的比較，這里就不多介紹，我將會在后面的專題中具體介紹。

四、COM Interop

　　COM（Component Object Model,組件對象模型）是微軟之前推薦的一個開發(fā)技術(shù)，由于微軟過去十多年里面開發(fā)了大量的COM組件，然而不可能在使用.NET技術(shù)重寫這些COM組件實現(xiàn)的功能，所以為了解決在.NET中的托管代碼能夠調(diào)用COM組件的問題，.NET 平臺下提供了COM Interop,即COM互操作技術(shù)，COM Interop不僅支持在托管代碼中使用COM組件，而且還支持想CMO組件功能托管對象。下面就這兩種支持分別做一個介紹。

4.1 在.NET中使用COM組件

在.NET中使用COM對象，主要有3種方法：

使用TlbImp工具為COM組件創(chuàng)建一個互操作程序集來綁定早期的COM對象，這樣就可以在程序中添加互操作程序集來調(diào)用COM對象
通過反射來后期綁定COM對象
通過P/Invoke創(chuàng)建COM對象或使用C++ Interop為COM對象編寫包裝類

但是我們經(jīng)常使用的都是方法一，下面介紹下使用方法一在.NET 中使用COM對象的步驟：

1.找到要使用的COM 組件并注冊它。使用 regsvr32.exe 注冊或注銷 COM DLL。
2.在項目中添加對 COM 組件或類型庫的引用。

添加引用時，Visual Studio 會用到Tlbimp.exe（類型庫導(dǎo)入程序），Tlbimp.exe程序?qū)⑸梢粋€ .NET Framework 互操作程序集。該程序集又稱為運行時可調(diào)用包裝 (RCW)，其中包含了包裝COM組件中的類和接口。Visual Studio 將生成組件的引用添加至項目。

3. 創(chuàng)建RCW中類的實例，這樣就可以使用托管對象一樣來使用COM對象。

下面通過一個圖更好地說明在.NET中使用COM組件的過程：

4.2 在COM中使用.NET程序集

　　.NET 公共語言運行時通過COM可調(diào)用包裝（COM Callable Wrapper,即CCW）來完成與COM類型庫的交互。CCW可以使COM客戶端認為是在與普通的COM類型交互，同時使.NET組件認為它正在與托管應(yīng)用程序交互。在這里CCW是非托管COM客戶端與托管對象之間的一個代理。 CCW既可以維護托管對象的生命周期，也負責(zé)數(shù)據(jù)類型在COM和.NET之間的相互轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)在COM使用.NET 類型的基本步驟如：

1. 在C#項目中添加互操作特性

可以修改C#項目屬性使程序集對COM可見。右鍵解決方案選擇屬性，在“應(yīng)用程序標(biāo)簽”中選擇“程序集信息”按鈕，在彈出的對話框中選擇 “使程序集COM可見” 選項，如下圖所示：

2. 生成COM類型庫并對它進行注冊以供COM客戶端使用

在“生成”標(biāo)簽中，選中 “為COM互操作注冊”選項，如下圖：

　　勾選“為COM互操作注冊”選項后，Visual Studio會調(diào)用類型庫導(dǎo)出工具(Tlbexp.exe)為.NET程序集生成COM類型庫再使用程序集注冊工具(Regasm.exe)來完成對.NET程序集和生成的COM類型庫進行注冊，這樣COM客戶端可以使用CCW服務(wù)來對.NET對象進行調(diào)用了。