P/Invoke之C#调用动态链接库DLL

本编所涉及到的工具以及框架：

1、Visual Studio 2022

2、.net 6.0

P/Invok是什么？

P/Invoke全称为Platform Invoke(平台调用)，其实际上就是一种函数调用机制，通过P/Invoke就可以实现调用非托管Dll中的函数。

在开始之前，我们首先需要了解C#中有关托管与非托管的区别

托管（Collocation），即在程序运行时会自动释放内存;

非托管，即在程序运行时不会自动释放内存。

废话不多说，直接实操

第一步：

打开VS2022，新建一个C#控制台应用

右击解决方案，添加一个新建项，新建一个"动态链接库（DLL）"，新建完之后需要右击当前项目--> 属性 --> C/C++ --> 预编译头 --> 选择"不使用编译头"

在新建的DLL中我们新建一个头文件，用于编写我们的方法定义，然后再次新建一个C++文件，后缀以.c 结尾

第二步：

在我们DLL中的头文件(Native.h)中定义相关的Test方法，具体代码如下：

#pragma once

// 定义一些宏

#ifdef __cplusplus

#define EXTERN extern "C"

#else

#define EXTERN

#endif

#define CallingConvention _cdecl

// 判断用户是否有输入，从而定义区分使用dllimport还是dllexport

#ifdef DLL_IMPORT

#define HEAD EXTERN __declspec(dllimport)

#else

#define  HEAD EXTERN __declspec(dllexport)

#endif

HEAD int CallingConvention Sum(int a, int b);

之后需要去实现头文件中的方法，在Native.c中实现，具体实现如下：

#include "Native.h" // 导入头部文件

#include "stdio.h"

HEAD int Add(int a, int b)

{

    return a+b;

}

在这些步骤做完后，可以尝试生成解决方案，检查是否报错，没有报错之后，将进入项目文件中，检查是否生成DLL (../x64/Debug)

第三步:

在这里之后，就可以在C#中去尝试调用刚刚所声明的方法，以便验证是否调用DLL成功，其具体实现如下：

using System.Runtime.InteropServices;

class Program

{

    [DllImport(@"C:\My_project\C#_Call_C\CSharp_P_Invoke_Dll\x64\Debug\NativeDll.dll")]

    public static extern int Add(int a, int b);

    public static void Main(string[] args)

    {

        int sum = Add(23, 45);

        Console.WriteLine(sum);

        Console.ReadKey();

    }

}

运行结果为：68，证明我们成功调用了DLL动态链库

C#中通过P/Invoke调用DLL动态链库的流程

通过上述一个简单的例子，我们大致了解到了在C#中通过P/Invoke调用DLL动态链库的流程，接下我们将对C#中的代码块做一些改动，便于维护

在改动中我们将用到NativeLibrary类中的一个方法，用于设置回调，解析从程序集进行的本机库导入，并实现通过设置DLL的相对路径进行加载，其方法如下：
```
public static void SetDllImportResolver (System.Reflection.Assembly assembly, System.Runtime.InteropServices.DllImportResolver resolver);
```
在使用这个方法前，先查看一下其参数

a、assembly: 主要是获取包含当前正在执行的代码的程序集（不过多讲解）

b、resolber: 此参数是我们要注重实现的，我们可以通过查看他的元代码，发现其实现的是一个委托，因此我们对其进行实现。

原始方法如下：
```
public delegate IntPtr DllImportResolver(string libraryName, Assembly assembly, DllImportSearchPath? searchPath);
```

实现resolver方法：

const string NativeLib = "NativeDll.dll";

static IntPtr DllImportResolver(string libraryName, Assembly assembly, DllImportSearchPath? searchPath)

{

    string dll = Path.Combine(new DirectoryInfo(Environment.CurrentDirectory).Parent.Parent.Parent.Parent.ToString(), "x64","Release", "NativeDll.dll"); // 此处为Dll的路径

    //Console.WriteLine(dll);

    return libraryName switch

    {

        NativeLib => NativeLibrary.Load(dll, assembly, searchPath),

        _ => IntPtr.Zero

    };

}

该方法主要是用于区分在加载DLL时不一定只能是设置绝对路径，也可以使用相对路径对其加载，本区域代码是通过使用委托去实现加载相对路径对其DLL加载，这样做的好处是，便于以后需要更改DLL的路径时，只需要在这个方法中对其相对路径进行修改即可。

更新C#中的代码，其代码如下：

using System.Reflection;

using System.Runtime.InteropServices;

class Program

{

    const string NativeLib = "NativeDll.dll";

    [DllImport(NativeLib)]

    public static extern int Add(int a, int b);

    static IntPtr DllImportResolver(string libraryName, Assembly assembly, DllImportSearchPath? searchPath)

    {

        string dll = Path.Combine(new DirectoryInfo(Environment.CurrentDirectory).Parent.Parent.Parent.Parent.ToString(), "x64","Release", "NativeDll.dll");

        Console.WriteLine(dll);

        return libraryName switch

        {

            NativeLib => NativeLibrary.Load(dll, assembly, searchPath),

            _ => IntPtr.Zero

        };

    }

    public static void Main(string[] args)

    {

        NativeLibrary.SetDllImportResolver(Assembly.GetExecutingAssembly(), DllImportResolver);

        int sum = Add(23, 45);

        Console.WriteLine(sum);

        Console.ReadKey();

    }

}

最后重新编译，检查其是否能顺利编译通过，最终我们的到的结果为：68

至此，我们就完成了一个简单的C#调用动态链接库的案例

下面将通过一个具体实例，讲述为什么要这样做？（本实例通过从性能方面进行对比）

在DLL中的头文件中，加入如下代码：

HEAD void CBubbleSort(int* array, int length);

在.c文件中加入如下代码：

HEAD void CBubbleSort(int* array, int length)

{

    int temp = 0;

    for (int i = 0; i < length; i++)

    {

        for (int j = i + 1; j < length; j++)

        {

            if (array[i] > array[j])

            {

                temp = array[i];

                array[i] = array[j];

                array[j] = temp;

            }

        }

    }

}

C#中的代码修改：

using System.Diagnostics;

using System.Reflection;

using System.Runtime.InteropServices;

class Program

{

    const string NativeLib = "NativeDll.dll";

    [DllImport(NativeLib)]

    public unsafe static extern void CBubbleSort(int* arr, int length);

    static IntPtr DllImportResolver(string libraryName, Assembly assembly, DllImportSearchPath? searchPath)

    {

        string dll = Path.Combine(new DirectoryInfo(Environment.CurrentDirectory).Parent.Parent.Parent.Parent.ToString(), "x64", "Release", "NativeDll.dll");

        //Console.WriteLine(dll);

        return libraryName switch

        {

            NativeLib => NativeLibrary.Load(dll, assembly, searchPath),

            _ => IntPtr.Zero

        };

    }

    public unsafe static void Main(string[] args)

    {

        int num = 1000;

        int[] arr = new int[num];

        int[] cSharpResult = new int[num];

        //随机生成num数量个（0-10000）的数字

        Random random = new Random();

        for (int i = 0; i < arr.Length; i++)

        {

            arr[i] = random.Next(10000);

        }

        //利用冒泡排序对其数组进行排序

        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

        Array.Copy(arr, cSharpResult, arr.Length);

        cSharpResult = BubbleSort(cSharpResult);

        Console.WriteLine($"\n C#实现排序所耗时：{sw.ElapsedMilliseconds}ms\n");

        // 调用Dll中的冒泡排序算法

        NativeLibrary.SetDllImportResolver(Assembly.GetExecutingAssembly(), DllImportResolver);

        fixed (int* ptr = &arr[0])

        {

            sw.Restart();

            CBubbleSort(ptr, arr.Length);

        }

        Console.WriteLine($"\n C实现排序所耗时：{sw.ElapsedMilliseconds}ms");

        Console.ReadKey();

    }

    //冒泡排序算法

    public static int[] BubbleSort(int[] array)

    {

        int temp = 0;

        for (int i = 0; i < array.Length; i++)

        {

            for (int j = i + 1; j < array.Length; j++)

            {

                if (array[i] > array[j])

                {

                    temp = array[i];

                    array[i] = array[j];

                    array[j] = temp;

                }

            }

        }

        return array;

    }

}

执行结果:
```
C#实现排序所耗时: 130ms

C实现排序所耗时：3ms
```
在实现本案例中，可能在编译后，大家所看到的结果不是很出乎意料，但这只是一种案例，希望通过此案例的分析，能给大家带来一些意想不到的收获叭。

最后

简单做一下总结叭，通过上述所描述的从第一步如何创建一个DLL到如何通过C#去调用的一个简单实例，也应该能给正在查阅相关资料的你有所收获，也希望能给在这方面有所研究的你有一些相关的启发，同时也希望能给目前对这方面毫无了解的你有一个更进一步的学习。

1、Visual Studio 2022

2、.net 6.0