C# Marshal类基本概念和入门实例代码分析

发布时间：2023-02-27 09:51:16 作者：iii
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C# Marshal类基本概念和入门实例代码分析

1. 引言

在C#编程中，我们经常需要与非托管代码进行交互，例如调用Windows API、处理COM对象或与C/C++编写的库进行通信。为了实现这些功能，C#提供了Marshal类，它是System.Runtime.InteropServices命名空间中的一个重要工具类。Marshal类提供了一系列方法，用于在托管代码和非托管代码之间进行数据转换、内存管理和类型封送（Marshaling）。

本文将详细介绍Marshal类的基本概念，并通过实例代码分析其使用方法，帮助读者更好地理解和掌握这一强大的工具。

2. Marshal类的基本概念

2.1 什么是封送（Marshaling）？

封送（Marshaling）是指在托管代码和非托管代码之间传递数据时，将数据从一种形式转换为另一种形式的过程。由于托管代码和非托管代码使用不同的内存管理方式和数据类型，因此在进行跨语言调用时，必须对数据进行适当的转换。

例如，托管代码中的string类型与非托管代码中的char*类型是不同的，因此在调用非托管函数时，需要将string转换为char*，这个过程就是封送。

2.2 Marshal类的作用

Marshal类提供了许多静态方法，用于处理托管代码和非托管代码之间的数据转换和内存管理。其主要功能包括：

数据类型转换：将托管类型转换为非托管类型，或将非托管类型转换为托管类型。
内存管理：分配和释放非托管内存，复制内存块等。
结构体封送：处理托管结构体与非托管结构体之间的转换。
函数指针封送：将托管委托转换为非托管函数指针。
COM对象封送：处理COM对象的创建、释放和调用。

2.3 常用方法介绍

Marshal类提供了许多方法，以下是一些常用的方法：

Marshal.AllocHGlobal：分配非托管内存。
Marshal.FreeHGlobal：释放非托管内存。
Marshal.PtrToStringAnsi：将非托管字符串指针转换为托管字符串。
Marshal.StringToHGlobalAnsi：将托管字符串转换为非托管字符串指针。
Marshal.StructureToPtr：将托管结构体转换为非托管内存块。
Marshal.PtrToStructure：将非托管内存块转换为托管结构体。
Marshal.GetDelegateForFunctionPointer：将非托管函数指针转换为托管委托。
Marshal.GetFunctionPointerForDelegate：将托管委托转换为非托管函数指针。

3. 实例代码分析

3.1 字符串封送

在托管代码中，字符串是System.String类型，而在非托管代码中，字符串通常是以char*或wchar_t*形式表示的。我们可以使用Marshal类的方法在两者之间进行转换。

3.1.1 托管字符串转换为非托管字符串

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    static void Main()
    {
        string managedString = "Hello, World!";
        IntPtr unmanagedString = Marshal.StringToHGlobalAnsi(managedString);

        try
        {
            // 调用非托管函数，传递unmanagedString
            Console.WriteLine("Unmanaged string: " + Marshal.PtrToStringAnsi(unmanagedString));
        }
        finally
        {
            // 释放非托管内存
            Marshal.FreeHGlobal(unmanagedString);
        }
    }
}

代码分析：

Marshal.StringToHGlobalAnsi方法将托管字符串managedString转换为非托管字符串指针unmanagedString。
Marshal.PtrToStringAnsi方法将非托管字符串指针unmanagedString转换回托管字符串。
使用Marshal.FreeHGlobal释放非托管内存，避免内存泄漏。

3.1.2 非托管字符串转换为托管字符串

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    static void Main()
    {
        IntPtr unmanagedString = Marshal.StringToHGlobalAnsi("Hello, World!");

        try
        {
            string managedString = Marshal.PtrToStringAnsi(unmanagedString);
            Console.WriteLine("Managed string: " + managedString);
        }
        finally
        {
            Marshal.FreeHGlobal(unmanagedString);
        }
    }
}

代码分析：

Marshal.StringToHGlobalAnsi方法将托管字符串转换为非托管字符串指针unmanagedString。
Marshal.PtrToStringAnsi方法将非托管字符串指针unmanagedString转换回托管字符串managedString。
使用Marshal.FreeHGlobal释放非托管内存。

3.2 结构体封送

在跨语言调用中，结构体的封送是一个常见的需求。Marshal类提供了StructureToPtr和PtrToStructure方法，用于在托管结构体和非托管内存块之间进行转换。

3.2.1 托管结构体转换为非托管内存块

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
struct Point
{
    public int X;
    public int Y;
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Point point = new Point { X = 10, Y = 20 };
        IntPtr unmanagedMemory = Marshal.AllocHGlobal(Marshal.SizeOf(point));

        try
        {
            Marshal.StructureToPtr(point, unmanagedMemory, false);

            // 调用非托管函数，传递unmanagedMemory
            Point copiedPoint = (Point)Marshal.PtrToStructure(unmanagedMemory, typeof(Point));
            Console.WriteLine($"Copied Point: X={copiedPoint.X}, Y={copiedPoint.Y}");
        }
        finally
        {
            Marshal.FreeHGlobal(unmanagedMemory);
        }
    }
}

代码分析：

Marshal.AllocHGlobal方法分配非托管内存，大小为Point结构体的大小。
Marshal.StructureToPtr方法将托管结构体point转换为非托管内存块unmanagedMemory。
Marshal.PtrToStructure方法将非托管内存块unmanagedMemory转换回托管结构体copiedPoint。
使用Marshal.FreeHGlobal释放非托管内存。

3.2.2 非托管内存块转换为托管结构体

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
struct Point
{
    public int X;
    public int Y;
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        IntPtr unmanagedMemory = Marshal.AllocHGlobal(Marshal.SizeOf(typeof(Point)));

        try
        {
            Point point = new Point { X = 10, Y = 20 };
            Marshal.StructureToPtr(point, unmanagedMemory, false);

            Point copiedPoint = (Point)Marshal.PtrToStructure(unmanagedMemory, typeof(Point));
            Console.WriteLine($"Copied Point: X={copiedPoint.X}, Y={copiedPoint.Y}");
        }
        finally
        {
            Marshal.FreeHGlobal(unmanagedMemory);
        }
    }
}

代码分析：

Marshal.AllocHGlobal方法分配非托管内存，大小为Point结构体的大小。
Marshal.StructureToPtr方法将托管结构体point转换为非托管内存块unmanagedMemory。
Marshal.PtrToStructure方法将非托管内存块unmanagedMemory转换回托管结构体copiedPoint。
使用Marshal.FreeHGlobal释放非托管内存。

3.3 函数指针封送

在跨语言调用中，有时需要将托管委托转换为非托管函数指针，或者将非托管函数指针转换为托管委托。Marshal类提供了GetFunctionPointerForDelegate和GetDelegateForFunctionPointer方法来实现这一功能。

3.3.1 托管委托转换为非托管函数指针

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    [UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.Cdecl)]
    delegate int AddDelegate(int a, int b);

    static int Add(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }

    static void Main()
    {
        AddDelegate addDelegate = new AddDelegate(Add);
        IntPtr functionPointer = Marshal.GetFunctionPointerForDelegate(addDelegate);

        // 调用非托管函数，传递functionPointer
        int result = ((AddDelegate)Marshal.GetDelegateForFunctionPointer(functionPointer, typeof(AddDelegate)))(3, 4);
        Console.WriteLine("Result: " + result);
    }
}

代码分析：

Marshal.GetFunctionPointerForDelegate方法将托管委托addDelegate转换为非托管函数指针functionPointer。
Marshal.GetDelegateForFunctionPointer方法将非托管函数指针functionPointer转换回托管委托。
调用转换后的委托，执行加法操作。

3.3.2 非托管函数指针转换为托管委托

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    [UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.Cdecl)]
    delegate int AddDelegate(int a, int b);

    static int Add(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }

    static void Main()
    {
        AddDelegate addDelegate = new AddDelegate(Add);
        IntPtr functionPointer = Marshal.GetFunctionPointerForDelegate(addDelegate);

        AddDelegate copiedDelegate = (AddDelegate)Marshal.GetDelegateForFunctionPointer(functionPointer, typeof(AddDelegate));
        int result = copiedDelegate(3, 4);
        Console.WriteLine("Result: " + result);
    }
}

代码分析：

Marshal.GetFunctionPointerForDelegate方法将托管委托addDelegate转换为非托管函数指针functionPointer。
Marshal.GetDelegateForFunctionPointer方法将非托管函数指针functionPointer转换回托管委托copiedDelegate。
调用转换后的委托，执行加法操作。

4. 总结

Marshal类是C#中用于处理托管代码与非托管代码之间交互的重要工具。通过Marshal类，我们可以轻松地进行数据类型转换、内存管理、结构体封送和函数指针封送等操作。本文通过实例代码详细介绍了Marshal类的基本概念和常用方法，希望能够帮助读者更好地理解和掌握这一强大的工具。

在实际开发中，Marshal类的使用场景非常广泛，尤其是在与Windows API、COM对象或C/C++库进行交互时。掌握Marshal类的使用方法，将大大提高我们在跨语言编程中的效率和灵活性。

C# Marshal类基本概念和入门实例代码分析

C# Marshal类基本概念和入门实例代码分析

1. 引言

2. Marshal类的基本概念

2.1 什么是封送（Marshaling）？

2.2 Marshal类的作用

2.3 常用方法介绍

3. 实例代码分析

3.1 字符串封送

3.1.1 托管字符串转换为非托管字符串

3.1.2 非托管字符串转换为托管字符串

3.2 结构体封送

3.2.1 托管结构体转换为非托管内存块

3.2.2 非托管内存块转换为托管结构体

3.3 函数指针封送

3.3.1 托管委托转换为非托管函数指针

3.3.2 非托管函数指针转换为托管委托

4. 总结

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