C# 用戶經(jīng)常提出兩個問題：“我為什么要另外編寫代碼來使用內(nèi)置于 Windows 中的功能？在框架中為什么沒有相應(yīng)的內(nèi)容可以為我完成這一任務(wù)？”當(dāng)框架小組構(gòu)建他們的 .NET 部分時，他們評估了為使 .NET 程序員可以使用 Win32 而需要完成的工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn) Win32 API 集非常龐大。他們沒有足夠的資源為所有 Win32 API 編寫托管接口、加以測試并編寫文檔，因此只能優(yōu)先處理最重要的部分。許多常用操作都有托管接口，但是還有許多完整的 Win32 部分沒有托管接口。

　　平臺調(diào)用 (P/Invoke) 是完成這一任務(wù)的最常用方法。要使用 P/Invoke，您可以編寫一個描述如何調(diào)用函數(shù)的原型，然后運(yùn)行時將使用此信息進(jìn)行調(diào)用。另一種方法是使用 Managed Extensions to C++ 來包裝函數(shù)，這部分內(nèi)容將在以后的專欄中介紹。

　　要理解如何完成這一任務(wù)，最好的辦法是通過示例。在某些示例中，我只給出了部分代碼；完整的代碼可以通過下載獲得。

　　簡單示例

　　在第一個示例中，我們將調(diào)用 Beep() API 來發(fā)出聲音。首先，我需要為 Beep() 編寫適當(dāng)?shù)亩�義。查看 MSDN 中的定義，我發(fā)現(xiàn)它具有以下原型：

　 BOOL Beep(
　DWORD dwFreq,　　　// 聲音頻率
　DWORD dwDuration　 // 聲音持續(xù)時間
);


　　要用 C# 來編寫這一原型，需要將 Win32 類型轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 C# 類型。由于 DWORD 是 4 字節(jié)的整數(shù)，因此我們可以使用 int 或 uint 作為 C# 對應(yīng)類型。由于 int 是 CLS 兼容類型（可以用于所有 .NET 語言），以此比 uint 更常用，并且在多數(shù)情況下，它們之間的區(qū)別并不重要。bool 類型與 BOOL 對應(yīng)�，F(xiàn)在我們可以用 C# 編寫以下原型：

　　public static extern bool Beep(int frequency, int duration);

　　這是相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的定義，只不過我們使用了 extern 來指明該函數(shù)的實(shí)際代碼在別處。此原型將告訴運(yùn)行時如何調(diào)用函數(shù)；現(xiàn)在我們需要告訴它在何處找到該函數(shù)。

　　我們需要回顧一下 MSDN 中的代碼。在參考信息中，我們發(fā)現(xiàn) Beep() 是在 kernel32.lib 中定義的。這意味著運(yùn)行時代碼包含在 kernel32.dll 中。我們在原型中添加 DllImport 屬性將這一信息告訴運(yùn)行時：

　　[DllImport("kernel32.dll")]

　　這就是我們要做的全部工作。下面是一個完整的示例，它生成的隨機(jī)聲音在二十世紀(jì)六十年代的科幻電影中很常見。

　

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace Beep
{
class Class1
　{
　　　[DllImport("kernel32.dll")]
　　　public static extern bool Beep(int frequency, int duration);

　　　static void Main(string[] args)
　　　{
　　　　　Random random = new Random();

　　　　　for (int i = 0; i < 10000; i++)
　　　　　{
　　　　　　Beep(random.Next(10000), 100);
}
　　　}
　}
}


　　它的聲響足以刺激任何聽者！由于 DllImport 允許您調(diào)用 Win32 中的任何代碼，因此就有可能調(diào)用惡意代碼。所以您必須是完全受信任的用戶，運(yùn)行時才能進(jìn)行 P/Invoke 調(diào)用。

　　枚舉和常量

　　Beep() 可用于發(fā)出任意聲音，但有時我們希望發(fā)出特定類型的聲音，因此我們改用 MessageBeep()。MSDN 給出了以下原型：

　

BOOL MessageBeep(
　UINT uType // 聲音類型
);


　　這看起來很簡單，但是從注釋中可以發(fā)現(xiàn)兩個有趣的事實(shí)。

　　首先，uType 參數(shù)實(shí)際上接受一組預(yù)先定義的常量。

　　其次，可能的參數(shù)值包括 -1，這意味著盡管它被定義為 uint 類型，但 int 會更加適合。

　　對于 uType 參數(shù)，使用 enum 類型是合乎情理的。MSDN 列出了已命名的常量，但沒有就具體值給出任何提示。由于這一點(diǎn)，我們需要查看實(shí)際的 API。

　　如果您安裝了 Visual Studio? 和 C++，則 Platform SDK 位于 Program FilesMicrosoft Visual Studio .NETVc7PlatformSDKInclude 下。

　　為查找這些常量，我在該目錄中執(zhí)行了一個 findstr。

　　findstr "MB_ICONHAND" *.h

　　它確定了常量位于 winuser.h 中，然后我使用這些常量來創(chuàng)建我的 enum 和原型：

　

public enum BeepType
{
　 SimpleBeep = -1,
　 IconAsterisk = 0x00000040,
　 IconExclamation = 0x00000030,
　 IconHand = 0x00000010,
　 IconQuestion = 0x00000020,
　 Ok = 0x00000000,
}

[DllImport("user32.dll")]
public static extern bool MessageBeep(BeepType beepType);


　　現(xiàn)在我可以用下面的語句來調(diào)用它： MessageBeep(BeepType.IconQuestion);

處理結(jié)構(gòu)

　　有時我需要確定我筆記本的電池狀況。Win32 為此提供了電源管理函數(shù)。

　　搜索 MSDN 可以找到 GetSystemPowerStatus() 函數(shù)。

　

BOOL GetSystemPowerStatus(
　LPSYSTEM_POWER_STATUS lpSystemPowerStatus
);


　　此函數(shù)包含指向某個結(jié)構(gòu)的指針，我們尚未對此進(jìn)行過處理。要處理結(jié)構(gòu)，我們需要用 C# 定義結(jié)構(gòu)。我們從非托管的定義開始：

　

typedef struct _SYSTEM_POWER_STATUS {
BYTE　 ACLineStatus;
BYTE　 BatteryFlag;
BYTE　 BatteryLifePercent;
BYTE　 Reserved1;
DWORD　BatteryLifeTime;
DWORD　BatteryFullLifeTime;
} SYSTEM_POWER_STATUS, *LPSYSTEM_POWER_STATUS;


　　然后，通過用 C# 類型代替 C 類型來得到 C# 版本。

　

struct SystemPowerStatus
{
　 byte ACLineStatus;
　 byte batteryFlag;
　 byte batteryLifePercent;
　 byte reserved1;
　 int batteryLifeTime;
　 int batteryFullLifeTime;
}


　　這樣，就可以方便地編寫出 C# 原型：

　

[DllImport("kernel32.dll")]
public static extern bool GetSystemPowerStatus(
　 ref SystemPowerStatus systemPowerStatus);


　　在此原型中，我們用“ref”指明將傳遞結(jié)構(gòu)指針而不是結(jié)構(gòu)值。這是處理通過指針傳遞的結(jié)構(gòu)的一般方法。

　　此函數(shù)運(yùn)行良好，但是最好將 ACLineStatus 和 batteryFlag 字段定義為 enum：

　

　　enum ACLineStatus: byte
　　{
　　　Offline = 0,
　　　Online = 1,
　　　Unknown = 255,
　　}

　　enum BatteryFlag: byte
　　{
　　　High = 1,
　　　Low = 2,
　　　Critical = 4,
　　　Charging = 8,
　　　NoSystemBattery = 128,
　　　Unknown = 255,
　　}


　　請注意，由于結(jié)構(gòu)的字段是一些字節(jié)，因此我們使用 byte 作為該 enum 的基本類型。

　　字符串

　　雖然只有一種 .NET 字符串類型，但這種字符串類型在非托管應(yīng)用中卻有幾項獨(dú)特之處�？梢允褂镁哂袃�(nèi)嵌字符數(shù)組的字符指針和結(jié)構(gòu)，其中每個數(shù)組都需要正確的封送處理。

　　在 Win32 中還有兩種不同的字符串表示：

　　ANSI
　　Unicode

　　最初的 Windows 使用單字節(jié)字符，這樣可以節(jié)省存儲空間，但在處理很多語言時都需要復(fù)雜的多字節(jié)編碼。Windows NT? 出現(xiàn)后，它使用雙字節(jié)的 Unicode 編碼。為解決這一差別，Win32 API 采用了非常聰明的做法。它定義了 TCHAR 類型，該類型在 Win9x 平臺上是單字節(jié)字符，在 WinNT 平臺上是雙字節(jié) Unicode 字符。對于每個接受字符串或結(jié)構(gòu)（其中包含字符數(shù)據(jù)）的函數(shù)，Win32 API 均定義了該結(jié)構(gòu)的兩種版本，用 A 后綴指明 Ansi 編碼，用 W 指明 wide 編碼（即 Unicode）。如果您將 C++ 程序編譯為單字節(jié)，會獲得 A 變體，如果編譯為 Unicode，則獲得 W 變體。Win9x 平臺包含 Ansi 版本，而 WinNT 平臺則包含 W 版本。

　　由于 P/Invoke 的設(shè)計者不想讓您為所在的平臺操心，因此他們提供了內(nèi)置的支持來自動使用 A 或 W 版本。如果您調(diào)用的函數(shù)不存在，互操作層將為您查找并使用 A 或 W 版本。

　　通過示例能夠很好地說明字符串支持的一些精妙之處。

簡單字符串

　　下面是一個接受字符串參數(shù)的函數(shù)的簡單示例：

　

BOOL GetDiskFreeSpace(
LPCTSTR lpRootPathName, 　　　　// 根路徑
LPDWORD lpSectorsPerCluster,　　// 每個簇的扇區(qū)數(shù)
LPDWORD lpBytesPerSector,　　　 // 每個扇區(qū)的字節(jié)數(shù)
LPDWORD lpNumberOfFreeClusters, // 可用的扇區(qū)數(shù)
LPDWORD lpTotalNumberOfClusters // 扇區(qū)總數(shù)
);


　　根路徑定義為 LPCTSTR。這是獨(dú)立于平臺的字符串指針。

　　由于不存在名為 GetDiskFreeSpace() 的函數(shù)，封送拆收器將自動查找“A”或“W”變體，并調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。我們使用一個屬性來告訴封送拆收器，API 所要求的字符串類型。

　　以下是該函數(shù)的完整定義，就象我開始定義的那樣：

　

[DllImport("kernel32.dll")]
static extern bool GetDiskFreeSpace(
　[MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
　string rootPathName,
　 ref int sectorsPerCluster,
　 ref int bytesPerSector,
　 ref int numberOfFreeClusters,
　 ref int totalNumberOfClusters);


　　不幸的是，當(dāng)我試圖運(yùn)行時，該函數(shù)不能執(zhí)行。問題在于，無論我們在哪個平臺上，封送拆收器在默認(rèn)情況下都試圖查找 API 的 Ansi 版本，由于 LPTStr 意味著在 Windows NT 平臺上會使用 Unicode 字符串，因此試圖用 Unicode 字符串來調(diào)用 Ansi 函數(shù)就會失敗。

有兩種方法可以解決這個問題：一種簡單的方法是刪除 MarshalAs 屬性。如果這樣做，將始終調(diào)用該函數(shù)的 A 版本，如果在您所涉及的所有平臺上都有這種版本，這是個很好的方法。但是，這會降低代碼的執(zhí)行速度，因為封送拆收器要將 .NET 字符串從 Unicode 轉(zhuǎn)換為多字節(jié)，然后調(diào)用函數(shù)的 A 版本（將字符串轉(zhuǎn)換回 Unicode），最后調(diào)用函數(shù)的 W 版本。

　　要避免出現(xiàn)這種情況，您需要告訴封送拆收器，要它在 Win9x 平臺上時查找 A 版本，而在 NT 平臺上時查找 W 版本。要實(shí)現(xiàn)這一目的，可以將 CharSet 設(shè)置為 DllImport 屬性的一部分：

　　[DllImport("kernel32.dll", CharSet = CharSet.Auto)]

　　在我的非正式計時測試中，我發(fā)現(xiàn)這一做法比前一種方法快了大約百分之五。

　　對于大多數(shù) Win32 API，都可以對字符串類型設(shè)置 CharSet 屬性并使用 LPTStr。但是，還有一些不采用 A/W 機(jī)制的函數(shù)，對于這些函數(shù)必須采取不同的方法。

字符串緩沖區(qū)

　　.NET 中的字符串類型是不可改變的類型，這意味著它的值將永遠(yuǎn)保持不變。對于要將字符串值復(fù)制到字符串緩沖區(qū)的函數(shù)，字符串將無效。這樣做至少會破壞由封送拆收器在轉(zhuǎn)換字符串時創(chuàng)建的臨時緩沖區(qū)；嚴(yán)重時會破壞托管堆，而這通常會導(dǎo)致錯誤的發(fā)生。無論哪種情況都不可能獲得正確的返回值。

　　要解決此問題，我們需要使用其他類型。StringBuilder 類型就是被設(shè)計為用作緩沖區(qū)的，我們將使用它來代替字符串。下面是一個示例：

　

[DllImport("kernel32.dll", CharSet = CharSet.Auto)]
public static extern int GetShortPathName(
　 [MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
　 string path,
　 [MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
　 StringBuilder shortPath,
　 int shortPathLength);


　　使用此函數(shù)很簡單：

　

StringBuilder shortPath = new StringBuilder(80);
int result = GetShortPathName(
@"d: est.jpg", shortPath, shortPath.Capacity);
string s = shortPath.ToString();


　　請注意，StringBuilder 的 Capacity 傳遞的是緩沖區(qū)大小。

　　具有內(nèi)嵌字符數(shù)組的結(jié)構(gòu)

　　某些函數(shù)接受具有內(nèi)嵌字符數(shù)組的結(jié)構(gòu)。例如，GetTimeZoneInformation() 函數(shù)接受指向以下結(jié)構(gòu)的指針：

　

typedef struct _TIME_ZONE_INFORMATION {
　　LONG　　　 Bias;
　　WCHAR　　　StandardName[ 32 ];
　　SYSTEMTIME StandardDate;
　　LONG　　　 StandardBias;
　　WCHAR　　　DaylightName[ 32 ];
　　SYSTEMTIME DaylightDate;
　　LONG　　　 DaylightBias;
} TIME_ZONE_INFORMATION, *PTIME_ZONE_INFORMATION;


　　在 C# 中使用它需要有兩種結(jié)構(gòu)。一種是 SYSTEMTIME，它的設(shè)置很簡單：

　

　 struct SystemTime
　 {
　　　public short wYear;
　　　public short wMonth;
　　　public short wDayOfWeek;
　　　public short wDay;
　　　public short wHour;
　　　public short wMinute;
　　　public short wSecond;
　　　public short wMilliseconds;
　 }


　　這里沒有什么特別之處；另一種是 TimeZoneInformation，它的定義要復(fù)雜一些：

　

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Unicode)]
struct TimeZoneInformation
{
　 public int bias;
　 [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)]
　 public string standardName;
　 SystemTime standardDate;
　 public int standardBias;
　 [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)]
　 public string daylightName;
　 SystemTime daylightDate;
　 public int daylightBias;
}


　　此定義有兩個重要的細(xì)節(jié)。第一個是 MarshalAs 屬性：

　 [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)]

　　查看 ByValTStr 的文檔，我們發(fā)現(xiàn)該屬性用于內(nèi)嵌的字符數(shù)組；另一個是 SizeConst，它用于設(shè)置數(shù)組的大小。

　　我在第一次編寫這段代碼時，遇到了執(zhí)行引擎錯誤。通常這意味著部分互操作覆蓋了某些內(nèi)存，表明結(jié)構(gòu)的大小存在錯誤。我使用 Marshal.SizeOf() 來獲取所使用的封送拆收器的大小，結(jié)果是 108 字節(jié)。我進(jìn)一步進(jìn)行了調(diào)查，很快回憶起用于互操作的默認(rèn)字符類型是 Ansi 或單字節(jié)。而函數(shù)定義中的字符類型為 WCHAR，是雙字節(jié)，因此導(dǎo)致了這一問題。

　　我通過添加 StructLayout 屬性進(jìn)行了更正。結(jié)構(gòu)在默認(rèn)情況下按順序布局，這意味著所有字段都將以它們列出的順序排列。CharSet 的值被設(shè)置為 Unicode，以便始終使用正確的字符類型。

　　經(jīng)過這樣處理后，該函數(shù)一切正常。您可能想知道我為什么不在此函數(shù)中使用 CharSet.Auto。這是因為，它也沒有 A 和 W 變體，而始終使用 Unicode 字符串，因此我采用了上述方法編碼。

具有回調(diào)的函數(shù)

　　當(dāng) Win32 函數(shù)需要返回多項數(shù)據(jù)時，通常都是通過回調(diào)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。開發(fā)人員將函數(shù)指針傳遞給函數(shù)，然后針對每一項調(diào)用開發(fā)人員的函數(shù)。

　　在 C# 中沒有函數(shù)指針，而是使用“委托”，在調(diào)用 Win32 函數(shù)時使用委托來代替函數(shù)指針。

　　EnumDesktops() 函數(shù)就是這類函數(shù)的一個示例：

　

BOOL EnumDesktops(
　HWINSTA hwinsta,　　　　　　 // 窗口實(shí)例的句柄
　DESKTOPENUMPROC lpEnumFunc,　// 回調(diào)函數(shù)
　LPARAM lParam　　　　　　　　// 用于回調(diào)函數(shù)的值
);


　　HWINSTA 類型由 IntPtr 代替，而 LPARAM 由 int 代替。DESKTOPENUMPROC 所需的工作要多一些。下面是 MSDN 中的定義：

　

BOOL CALLBACK EnumDesktopProc(
　LPTSTR lpszDesktop,　// 桌面名稱
　LPARAM lParam　　　　// 用戶定義的值
);


　　我們可以將它轉(zhuǎn)換為以下委托：

　

delegate bool EnumDesktopProc(
　[MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
　 string desktopName,
　 int lParam);


　　完成該定義后，我們可以為 EnumDesktops() 編寫以下定義：

　

[DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Auto)]
static extern bool EnumDesktops(
　 IntPtr windowStation,
　 EnumDesktopProc callback,
　 int lParam);


　　這樣該函數(shù)就可以正常運(yùn)行了。

　　在互操作中使用委托時有個很重要的技巧：封送拆收器創(chuàng)建了指向委托的函數(shù)指針，該函數(shù)指針被傳遞給非托管函數(shù)。但是，封送拆收器無法確定非托管函數(shù)要使用函數(shù)指針做些什么，因此它假定函數(shù)指針只需在調(diào)用該函數(shù)時有效即可。

　　結(jié)果是如果您調(diào)用諸如 SetConsoleCtrlHandler() 這樣的函數(shù)，其中的函數(shù)指針將被保存以便將來使用，您就需要確保在您的代碼中引用委托。如果不這樣做，函數(shù)可能表面上能執(zhí)行，但在將來的內(nèi)存回收處理中會刪除委托，并且會出現(xiàn)錯誤。

　　其他高級函數(shù)

　　迄今為止我列出的示例都比較簡單，但是還有很多更復(fù)雜的 Win32 函數(shù)。下面是一個示例：

　

DWORD SetEntriesInAcl(
　ULONG cCountOfExplicitEntries,　　　　　　// 項數(shù)
　PEXPLICIT_ACCESS pListOfExplicitEntries, // 緩沖區(qū)
　PACL OldAcl,　　　　　　　　　　　　　　 // 原始 ACL
　PACL *NewAcl　　　　　　　　　　　　　　　// 新 ACL
);


　　前兩個參數(shù)的處理比較簡單：ulong 很簡單，并且可以使用 UnmanagedType.LPArray 來封送緩沖區(qū)。

　　但第三和第四個參數(shù)有一些問題。問題在于定義 ACL 的方式。ACL 結(jié)構(gòu)僅定義了 ACL 標(biāo)頭，而緩沖區(qū)的其余部分由 ACE 組成。ACE 可以具有多種不同類型，并且這些不同類型的 ACE 的長度也不同。

　　如果您愿意為所有緩沖區(qū)分配空間，并且愿意使用不太安全的代碼，則可以用 C# 進(jìn)行處理。但工作量很大，并且程序非常難調(diào)試。而使用 C++ 處理此 API 就容易得多。

　　屬性的其他選項

　　DLLImport 和 StructLayout 屬性具有一些非常有用的選項，有助于 P/Invoke 的使用。下面列出了所有這些選項：

　　DLLImport

　　CallingConvention

　　您可以用它來告訴封送拆收器，函數(shù)使用了哪些調(diào)用約定。您可以將它設(shè)置為您的函數(shù)的調(diào)用約定。通常，如果此設(shè)置錯誤，代碼將不能執(zhí)行。但是，如果您的函數(shù)是 Cdecl 函數(shù)，并且使用 StdCall（默認(rèn)）來調(diào)用該函數(shù)，那么函數(shù)能夠執(zhí)行，但函數(shù)參數(shù)不會從堆棧中刪除，這會導(dǎo)致堆棧被填滿。

　　CharSet

　　控制調(diào)用 A 變體還是調(diào)用 W 變體。

　　EntryPoint

　　此屬性用于設(shè)置封送拆收器在 DLL 中查找的名稱。設(shè)置此屬性后，您可以將 C# 函數(shù)重新命名為任何名稱。

　　ExactSpelling

　　將此屬性設(shè)置為 true，封送拆收器將關(guān)閉 A 和 W 的查找特性。

　　PreserveSig

　　COM 互操作使得具有最終輸出參數(shù)的函數(shù)看起來是由它返回的該值。此屬性用于關(guān)閉這一特性。

　　SetLastError

　　確保調(diào)用 Win32 API SetLastError()，以便您找出發(fā)生的錯誤。

　　StructLayout

　　LayoutKind

　　結(jié)構(gòu)在默認(rèn)情況下按順序布局，并且在多數(shù)情況下都適用。如果需要完全控制結(jié)構(gòu)成員所放置的位置，可以使用 LayoutKind.Explicit，然后為每個結(jié)構(gòu)成員添加 FieldOffset 屬性。當(dāng)您需要創(chuàng)建 union 時，通常需要這樣做。

　　CharSet

　　控制 ByValTStr 成員的默認(rèn)字符類型。

　　Pack

　　設(shè)置結(jié)構(gòu)的壓縮大小。它控制結(jié)構(gòu)的排列方式。如果 C 結(jié)構(gòu)采用了其他壓縮方式，您可能需要設(shè)置此屬性。

　　Size

　　設(shè)置結(jié)構(gòu)大小。不常用；但是如果需要在結(jié)構(gòu)末尾分配額外的空間，則可能會用到此屬性。

　　從不同位置加載

　　您無法指定希望 DLLImport 在運(yùn)行時從何處查找文件，但是可以利用一個技巧來達(dá)到這一目的。

　　DllImport 調(diào)用 LoadLibrary() 來完成它的工作。如果進(jìn)程中已經(jīng)加載了特定的 DLL，那么即使指定的加載路徑不同，LoadLibrary() 也會成功。

　　這意味著如果直接調(diào)用 LoadLibrary()，您就可以從任何位置加載 DLL，然后 DllImport LoadLibrary() 將使用該 DLL。

　　由于這種行為，我們可以提前調(diào)用 LoadLibrary()，從而將您的調(diào)用指向其他 DLL。如果您在編寫庫，可以通過調(diào)用 GetModuleHandle() 來防止出現(xiàn)這種情況，以確保在首次調(diào)用 P/Invoke 之前沒有加載該庫。

　　P/Invoke 疑難解答

　　如果您的 P/Invoke 調(diào)用失敗，通常是因為某些類型的定義不正確。以下是幾個常見問題：

　　1.long != long。在 C++ 中，long 是 4 字節(jié)的整數(shù)，但在 C# 中，它是 8 字節(jié)的整數(shù)。

　　2.字符串類型設(shè)