C# Marshal类的作用 – C#与C++本地代码互操作(P/Invoke)

Marshal类是C#中实现与C++等本地代码互操作的核心工具,提供内存分配、数据类型转换、函数指针处理等功能;通过StringToHGlobalAnsi/Uni可将C#字符串转为非托管ANSI或Unicode指针。

c# marshal类的作用 - c#与c++本地代码互操作(p/invoke)

在C#中,Marshal类是实现与C++等本地代码互操作的核心工具之一,主要服务于平台调用服务(P/Invoke)和COM互操作。它位于System.Runtime.InteropServices命名空间下,提供了一系列静态方法和属性,用于控制内存分配、数据类型转换、函数指针处理以及对象生命周期管理,使托管代码能够安全地调用非托管代码。

1. 数据类型的内存布局控制

由于C#是托管语言,其数据类型在内存中的表示方式可能与C++不同。例如,C#的字符串是Unicode且由垃圾回收器管理,而C++通常使用以null结尾的char*或wchar_t*。通过Marshal类可以显式控制这些差异。

使用Marshal.StringToHGlobalAnsiMarshal.StringToHGlobalUni将C#字符串转换为非托管内存中的ANSI或Unicode字符串指针,供C++函数使用。 Marshal.PtrToStringAnsi或Marshal.PtrToStringUni从非托管指针读取字符串并转换为C#字符串。 对于结构体,配合[StructLayout][MarshalAs]特性,再通过Marshal手动分配和填充内存,确保与C++结构体对齐一致。

2. 手动内存管理

托管堆由GC自动管理,但与本地代码交互时需手动控制内存分配与释放,避免内存泄漏。

Marshal.AllocHGlobal:在非托管堆上分配指定字节数的内存,返回IntPtr。 Marshal.FreeHGlobal:释放由AllocHGlobal分配的内存。 Marshal.Copy:在托管数组与非托管内存之间复制数据,如将byte[]写入非托管缓冲区。

3. 函数指针与回调支持

C++常使用函数指针作为回调机制。C#可通过委托实现类似功能,而Marshal负责将其转换为非托管函数指针。

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定义一个delegate类型,标记为UnmanagedFunctionPointer以指定调用约定(如__stdcall)。 将委托实例传递给P/Invoke方法时,运行时会自动生成函数指针。 必要时可使用Marshal.GetFunctionPointerForDelegate显式获取指针(旧版本常用,现多由P/Invoke自动处理)。

4. 处理复杂参数与输出参数

当C++函数使用指针输出数据时,C#需借助Marshal精确控制数据读写。

对于返回结构体指针的函数,可用Marshal.PtrToStructure将IntPtr转换为C#结构体实例。 向C++传递结构体指针时,先用Marshal.AllocHGlobal分配内存,Marshal.StructureToPtr写入数据,调用后再读取或释放。 处理数组或缓冲区时,结合IntPtr和Copy方法进行双向数据交换。

基本上就这些。Marshal类不常出现在日常开发中,但在需要高性能、调用系统API或集成现有C/C++库时至关重要。正确使用它能实现高效互操作,但错误操作容易导致崩溃或内存泄漏,需格外注意内存释放和调用约定匹配。

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