C# 什么是P/Invoke？

P/Invoke（Platform Invocation Services）是一种技术，允许C#或其他.NET语言的程序调用C/C++编写的本地动态链接库（DLL）中的函数。这为.NET应用程序提供了一种强大的方式，使之能够执行Windows API调用或访问其他非托管代码库中的功能，这些功能可能未直接在.NET环境中提供。P/Invoke是.NET和非托管代码之间的桥梁，它使得开发者能够利用现有的本地代码，而无需完全重写为.NET代码。

基本概念

在.NET应用程序中使用P/Invoke的基本步骤包括：

声明外部函数：在C#代码中使用DllImport属性声明需要调用的外部函数。
调用函数：像调用普通C#函数一样调用声明的外部函数。
处理数据类型映射：正确处理.NET数据类型和非托管数据类型之间的映射。

核心概念

托管代码：运行在.NET运行时（CLR - Common Language Runtime）管理下的代码，享受垃圾回收、类型安全检查等服务。
非托管代码：直接运行在操作系统上的代码，不受CLR管理，通常指C/C++等语言编写的应用程序或库。

示例

1. 调用MessageBox Windows API

以下是一个使用P/Invoke调用Windows API中的MessageBox函数的简单示例。

C#
using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    // 声明MessageBox函数
    [DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Auto)]
    public static extern MessageBoxResult MessageBox(IntPtr hWnd, string text, string caption, int options);

    public enum MessageBoxResult : uint
    {
        OK = 1,
        Cancel,
        Abort,
        Retry,
        Ignore,
        Yes,
        No,
        Close,
        Help,
        TryAgain,
        Continue
    }

    static void Main()
    {
        // 调用MessageBox函数
        MessageBoxResult result = MessageBox(IntPtr.Zero, "Hello, World!", "P/Invoke示例", 1);
        Console.WriteLine($"MessageBox返回结果: {result}");
    }
}

2. 使用系统时间API

这个例子演示了如何使用P/Invoke调用GetSystemTime函数，这是Windows API中的一个函数，用于获取当前系统时间。

C#
using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    public struct SYSTEMTIME
    {
        public ushort Year, Month, DayOfWeek, Day, Hour, Minute, Second, Milliseconds;
    }

    [DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
    public static extern void GetSystemTime(ref SYSTEMTIME st);

    static void Main()
    {
        SYSTEMTIME st = new SYSTEMTIME();
        GetSystemTime(ref st);
        Console.WriteLine($"当前系统时间: {st.Year}-{st.Month}-{st.Day} {st.Hour}:{st.Minute}:{st.Second}");
    }
}

应用场景

P/Invoke的应用场景广泛，包括但不限于：

Windows API调用：访问Windows操作系统提供的底层功能。
现有代码重用：在.NET应用程序中使用现有的C/C++代码库，避免重写。
性能敏感任务：对于某些性能敏感的操作，本地代码通常能提供更好的性能。
系统级操作：执行一些.NET框架不直接支持的系统级操作，如直接硬件访问。

注意事项

使用P/Invoke时，需要特别注意数据类型的映射和内存管理。不正确的使用可能会导致内存泄漏、数据损坏或程序崩溃。此外，由于P/Invoke调用的是非托管代码，它不受.NET运行时的安全和异常管理机制保护，因此需要谨慎处理异常和错误代码。

平台兼容性：确保所调用的非托管DLL在目标平台上可用。
内存管理：需要注意内存分配和释放的责任，防止内存泄漏。
错误处理：非托管代码的错误处理机制与.NET不同，需要正确处理调用失败的情况。
性能考虑：虽然P/Invoke允许调用非托管代码，但频繁的交互可能会引入性能开销。

结论

P/Invoke是.NET开发者强大的工具，它打开了.NET与操作系统底层及其他本地代码交互的大门。通过正确使用P/Invoke，开发者可以在.NET应用程序中实现更多功能，提高应用程序的性能和能力。然而，它也需要开发者对非托管代码有深入的理解，以确保应用程序的稳定性和安全性。

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