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c#中使用 Win32 和其他库
2009/11/8 13:19:18
在上一次专栏中,我概要介绍了有关在 C# 使用现有代码的不同方法。这一次我们将深入探讨如何在 C# 中使用 Win32® 和其他现有库。


C# 用户经常提出两个问题:“我为什么要另外编写代码来使用内置于 Windows® 中的功能?在框架中为什么没有相应的内容可以为我完成这一任务?”当框架小组构建他们的 .NET 部分时,他们评估了为使 .NET 程序员可以使用 Win32 而需要完成的工作,结果发现 Win32 API 集非常庞大。他们没有足够的资源为所有 Win32 API 编写托管接口、加以测试并编写文档,因此只能优先处理最重要的部分。许多常用操作都有托管接口,但是还有许多完整的 Win32 部分没有托管接口。

平台调用 (P/Invoke) 是完成这一任务的最常用方法。要使用 P/Invoke,您可以编写一个描述如何调用函数的原型,然后运行时将使用此信息进行调用。另一种方法是使用 Managed Extensions to C++ 来包装函数,这部分内容将在以后的专栏中介绍。

要理解如何完成这一任务,最好的办法是通过示例。在某些示例中,我只给出了部分代码;完整的代码可以通过下载获得。

简单示例
在第一个示例中,我们将调用 Beep() API 来发出声音。首先,我需要为 Beep() 编写适当的定义。查看 MSDN 中的定义,我发现它具有以下原型:

BOOL Beep(
Dword dwFreq, // 声音频率
Dword dwDuration // 声音持续时间
);

要用 C# 来编写这一原型,需要将 Win32 类型转换成相应的 C# 类型。由于 Dword 是 4 字节的整数,因此我们可以使用 int 或 uint 作为 C# 对应类型。由于 int 是 CLS 兼容类型(可以用于所有 .NET 语言),以此比 uint 更常用,并且在多数情况下,它们之间的区别并不重要。bool 类型与 BOOL 对应。现在我们可以用 C# 编写以下原型:

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

这是相当标准的定义,只不过我们使用了 extern 来指明该函数的实际代码在别处。此原型将告诉运行时如何调用函数;现在我们需要告诉它在何处找到该函数。

我们需要回顾一下 MSDN 中的代码。在参考信息中,我们发现 Beep() 是在 kernel32.lib 中定义的。这意味着运行时代码包含在 kernel32.dll 中。我们在原型中添加 DllImport 属性将这一信息告诉运行时:

[DllImport("kernel32.dll")]

这就是我们要做的全部工作。下面是一个完整的示例,它生成的随机声音在二十世纪六十年代的科幻电影中很常见。

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);
}
}
}
}

它的声响足以刺激任何听者!由于 DllImport 允许您调用 Win32 中的任何代码,因此就有可能调用恶意代码。所以您必须是完全受信任的用户,运行时才能进行 P/Invoke 调用。

枚举和常量
Beep() 可用于发出任意声音,但有时我们希望发出特定类型的声音,因此我们改用 MessageBeep()。MSDN 给出了以下原型:

BOOL MessageBeep(
UINT uType // 声音类型
);

这看起来很简单,但是从注释中可以发现两个有趣的事实。

首先,uType 参数实际上接受一组预先定义的常量。

其次,可能的参数值包括 -1,这意味着尽管它被定义为 uint 类型,但 int 会更加适合。

对于 uType 参数,使用 enum 类型是合乎情理的。MSDN 列出了已命名的常量,但没有就具体值给出任何提示。由于这一点,我们需要查看实际的 API。

如果您安装了 Visual Studio&reg; 和 C++,则 Platform SDK 位于 \Program Files\Microsoft Visual Studio .NET\Vc7\PlatformSDK\Include 下。

为查找这些常量,我在该目录中执行了一个 findstr。

findstr "MB_ICONHAND" *.h

它确定了常量位于 winuser.h 中,然后我使用这些常量来创建我的 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);

现在我可以用下面的语句来调用它:

MessageBeep(BeepType.IconQuestion);

处理结构
有时我需要确定我笔记本的电池状况。Win32 为此提供了电源管理函数。

搜索 MSDN 可以找到 GetSystemPowerStatus() 函数。

BOOL GetSystemPowerStatus(
LPSYSTEM_POWER_STATUS lpSystemPowerStatus
);

此函数包含指向某个结构的指针,我们尚未对此进行过处理。要处理结构,我们需要用 C# 定义结构。我们从非托管的定义开始:

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,通过用 C# 类型代替 C 类型来得到 C# 版本。

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

这样,就可以方便地编写出 C# 原型:

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

在此原型中,我们用“ref”指明将传递结构指针而不是结构值。这是处理通过指针传递的结构的一般方法。

此函数运行良好,但是最好将 ACLineStatus 和 batteryFlag 字段定义为 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,
}

请注意,由于结构的字段是一些字节,因此我们使用 byte 作为该 enum 的基本类型。

字符串
虽然只有一种 .NET 字符串类型,但这种字符串类型在非托管应用中却有几项独特之处。可以使用具有内嵌字符数组的字符指针和结构,其中每个数组都需要正确的封送处理。

在 Win32 中还有两种不同的字符串表示:

ANSI
Unicode
最初的 Windows 使用单字节字符,这样可以节省存储空间,但在处理很多语言时都需要复杂的多字节编码。Windows NT&reg; 出现后,它使用双字节的 Unicode 编码。为解决这一差别,Win32 API 采用了非常聪明的做法。它定义了 TCHAR 类型,该类型在 Win9x 平台上是单字节字符,在 WinNT 平台上是双字节 Unicode 字符。对于每个接受字符串或结构(其中包含字符数据)的函数,Win32 API 均定义了该结构的两种版本,用 A 后缀指明 Ansi 编码,用 W 指明 wide 编码(即 Unicode)。如果您将 C++ 程序编译为单字节,会获得 A 变体,如果编译为 Unicode,则获得 W 变体。Win9x 平台包含 Ansi 版本,而 WinNT 平台则包含 W 版本。

由于 P/Invoke 的设计者不想让您为所在的平台操心,因此他们提供了内置的支持来自动使用 A 或 W 版本。如果您调用的函数不存在,互操作层将为您查找并使用 A 或 W 版本。

通过示例能够很好地说明字符串支持的一些精妙之处。

简单字符串
下面是一个接受字符串参数的函数的简单示例:

BOOL GetDiskFreeSpace(
LPCTSTR lpRootPathName, // 根路径
LPDword lpSectorsPerCluster, // 每个簇的扇区数
LPDword lpBytesPerSector, // 每个扇区的字节数
LPDword lpNumberOfFreeClusters, // 可用的扇区数
LPDword lpTotalNumberOfClusters // 扇区总数
);

根路径定义为 LPCTSTR。这是独立于平台的字符串指针。

由于不存在名为 GetDiskFreeSpace() 的函数,封送拆收器将自动查找“A”或“W”变体,并调用相应的函数。我们使用一个属性来告诉封送拆收器,API 所要求的字符串类型。

以下是该函数的完整定义,就象我开始定义的那样:

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