c# - 如何从 C# 调用带有结构指针参数的 C++ 函数？

Question

好吧，还有一个功能它还没有工作。我基本上是通过使用 P/Invoke 从 C# 调用一些 C++ 函数。有问题的函数确实会查询显示激光设备以获取某些设备相关信息，例如最小和最大扫描速率以及每秒最大点数。

有问题的功能是：

int GetDeviceInfo(DWORD deviceIndex, DeviceInfo* pDeviceInfo);

这是给我的 C++ 头文件。这是非常简短的 C++ SDK 描述的链接。我没有重建 DLL 文件的资源，也没有 *.pdb 文件（制造商无法提供）：

#pragma once

#ifdef STCL_DEVICES_DLL
#define STCL_DEVICES_EXPORT extern "C" _declspec(dllexport) 
#else
#define STCL_DEVICES_EXPORT extern "C" _declspec(dllimport)
#endif

enum SD_ERR
{
    SD_ERR_OK = 0,
    SD_ERR_FAIL,
    SD_ERR_DLL_NOT_OPEN,
    SD_ERR_INVALID_DEVICE,  //device with such index doesn't exist
    SD_ERR_FRAME_NOT_SENT,
};

#pragma pack (1)
struct LaserPoint
{
    WORD x;
    WORD y;
    byte colors[6];
};

struct DeviceInfo
{
    DWORD maxScanrate;
    DWORD minScanrate;
    DWORD maxNumOfPoints;
    char type[32];
};

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///Must be called when starting to use
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT int OpenDll();

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///All devices will be closed and all resources deleted
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT void CloseDll();

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///Search for .NET devices (Moncha.NET now)
///Must be called after OpenDll, but before CreateDeviceList!
///In pNumOfFoundDevs can return number of found devices (optional)
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT int SearchForNETDevices(DWORD* pNumOfFoundDevs);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///Creates new list of devices - previous devices will be closed
///pDeviceCount returns device count
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT int CreateDeviceList(DWORD* pDeviceCount);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///Returns unique device name
///deviceIndex is zero based device index
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT int GetDeviceIdentifier(DWORD deviceIndex, WCHAR** ppDeviceName);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///Send frame to device, frame is in following format:
///WORD x
///WORD y
///byte colors[6]
///so it's 10B point (=> dataSize must be numOfPoints * 10)
///scanrate is in Points Per Second (pps)
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT int SendFrame(DWORD deviceIndex, byte* pData, DWORD numOfPoints, DWORD scanrate);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///Returns true in pCanSend if device is ready to send next frame
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT int CanSendNextFrame(DWORD deviceIndex, bool* pCanSend);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///Send DMX if device supports it - pDMX must be (!!!) 512B long
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT int SendDMX(DWORD deviceIndex, byte* pDMX);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///Send blank point to position x, y
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT int SendBlank(DWORD deviceIndex, WORD x, WORD y);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
///Get device info
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
STCL_DEVICES_EXPORT int GetDeviceInfo(DWORD deviceIndex, DeviceInfo* pDeviceInfo);

这是我目前正在使用的完整 C# 测试代码。所有功能都可以正常工作，除了GetDeviceInfo(...)：

using System;
using System.Threading;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace MonchaTestSDK {

    public class Program {

        [DllImport("..\\..\\dll\\StclDevices.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]                                    // OK
        public static extern int OpenDll();
        [DllImport("..\\..\\dll\\StclDevices.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]                                    // OK
        public static extern void CloseDll();
        [DllImport("..\\..\\dll\\StclDevices.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]                                    // OK
        public static extern int SearchForNETDevices(ref UInt32 pNumOfFoundDevs);
        [DllImport("..\\..\\dll\\StclDevices.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]                                    // OK
        public static extern int CreateDeviceList(ref UInt32 pDeviceCount);
        [DllImport("..\\..\\dll\\StclDevices.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]                                    // OK
        public static extern int GetDeviceIdentifier(UInt32 deviceIndex, out IntPtr ppDeviceName);
        [DllImport("..\\..\\dll\\StclDevices.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]                                    // OK
        public static extern int SendFrame(UInt32 deviceIndex, LaserPoint[] pData, UInt32 numOfPoints, UInt32 scanrate);
        [DllImport("..\\..\\dll\\StclDevices.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]                                    // OK
        public static extern int CanSendNextFrame(UInt32 deviceIndex, ref bool pCanSend);
        [DllImport("..\\..\\dll\\StclDevices.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]                                    // OK
        public static extern int SendBlank(UInt32 deviceIndex, UInt16 x, UInt16 y);
        [DllImport("..\\..\\dll\\StclDevices.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]                                    // FAILS
        public static extern int GetDeviceInfo(UInt32 deviceIndex, ref DeviceInfo pDeviceInfo);

        [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack=1)]
        public struct LaserPoint {
            public UInt16 x;
            public UInt16 y;
            [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6)]
            public byte[] colors;
        }

        [StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet=CharSet.Ansi)]
        public struct DeviceInfo {
            public UInt32 maxScanrate;
            public UInt32 minScanrate;
            public UInt32 maxNumOfPoints;
            [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)]
            public string deviceType;
        }

        public static void Main(string[] args) {
            Console.WriteLine("Moncha SDK\n");

            OpenDll();
            Console.WriteLine("StclDevices.dll is open.");

            UInt32 deviceCount1 = 0;
            int r1 = SearchForNETDevices(ref deviceCount1);
            Console.WriteLine("SearchForNETDevices() [" + r1+"]: "+deviceCount1);

            UInt32 deviceCount2 = 0;
            int r2 = CreateDeviceList(ref deviceCount2);
            Console.WriteLine("CreateDeviceList() ["+r2+"]: "+deviceCount2);

            IntPtr pString;
            int r3 = GetDeviceIdentifier(0, out pString);
            string devname = Marshal.PtrToStringUni(pString);
            Console.WriteLine("GetDeviceIdentifier() ["+r3+"]: "+devname);

            DeviceInfo pDevInfo = new DeviceInfo();
            pDevInfo.type = "";
            int r4 = GetDeviceInfo(0, ref pDevInfo);
            Console.WriteLine("GetDeviceInfo() ["+r4+"]: ");
            Console.WriteLine("  - min: "+pDevInfo.minScanrate);
            Console.WriteLine("  - max: " + pDevInfo.maxScanrate);
            Console.WriteLine("  - points: " + pDevInfo.maxNumOfPoints);
            Console.WriteLine("  - type: " + pDevInfo.deviceType);

            Thread.Sleep(5000);
            CloseDll();
        }

    }
}

在~~第 73~~行第 64 行（cp. screenshot）：

int r4 = GetDeviceInfo(0, ref pDevInfo);

我收到以下错误：

An unhandled exception of type 'System.NullReferenceException' occured in MonchaTestSDK.exe
Additional information: Object reference not set to an instance of an object

这是堆栈跟踪（我猜如果没有 DLL 的 *.pdb 文件就无法提供更好的堆栈跟踪）：

MonchaTestSDK.exe!MonchaTestSDK.Program.Main(string[] args) 第 73 行 + 0xa 字节 C# mscoreei.dll!73a8d91b()
[下面的帧可能不正确和/或丢失，没有为 mscoreei.dll 加载符号]
mscoree.dll !73cae879()
mscoree.dll!73cb4df8()
kernel32.dll!74a08654()
ntdll.dll!77354b17()
ntdll.dll!77354ae7()

一些拆解：

            int r4 = GetDeviceInfo(0, ref pDevInfo);
05210749  int         3  
0521074A  push        ebp  
0521074B  cwde  
0521074C  xor         ecx,ecx  
0521074E  call        0521011C  
05210753  int         3  
05210754  test        dword ptr [eax-1],edx  
05210757  ?? ?? 
05210758  dec         dword ptr [ebx-0AF7Bh]  
0521075E  dec         dword ptr [ecx-6F466BBBh]

知道我在这里做错了什么吗？

更新 1：建议的调试选项：

正如评论中所建议的，我尝试启用本机/非托管代码调试：

Debug > Windows > Exceptions Settings > "Win32 Exceptions" 复选框打勾

项目>属性>调试选项卡>“启用非托管代码调试”复选框打勾

我仍然没有得到任何有意义的异常堆栈。制造商无法向我提供 DLL 的 *.pdb 文件。

这是在有问题的行停止时显示调试器的图像（还显示了调试设置）：

更新 2：最少需要的代码（cp. mpromonet的评论）

这是能够调用的最少需要的代码GetDeviceInfo(...)：

public static void Main(string[] args) {
    OpenDll();
    UInt32 deviceCount = 0;
    CreateDeviceList(ref deviceCount);
    DeviceInfo pDevInfo = new DeviceInfo();
    GetDeviceInfo(0, ref pDevInfo);            // error occurs on this line
    CloseDll();
}

这会导致与以前完全相同的错误：

An unhandled exception of type 'System.NullReferenceException' occured in MonchaTestSDK.exe
Additional information: Object reference not set to an instance of an object

从上面的代码中删除调用GetDeviceInfo(0, ref pDevInfo);允许程序退出而没有任何错误。

char[] deviceType更新 3：完全从DeviceInfo结构中删除

我char[] deviceType从结构定义中删除：

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Ansi, Pack = 1)]
public struct DeviceInfo {
    public UInt32 maxScanrate;
    public UInt32 minScanrate;
    public UInt32 maxNumOfPoints;
    //[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)]
    //public string deviceType;
}

当我现在运行我的 C# 测试代码时，我成功地从 C++ DLL 接收和返回maxScanrate。这是相应的控制台输出：minScanratemaxNumOfPoints

GetDeviceInfo() [0]:
   - min: 1000
   - max: 40000
   - points: 3000

最后以以下错误消息结束：

在 MonchaTestSDK.exe 中的 0x67623A68 (clr.dll) 处引发异常：0xC0000005：访问冲突读取位置 0x00000000。

最终更新

我终于从制造商那里得到了更新的 DLL。SDK 中确实存在导致堆栈损坏的错误。所以基本上以下解决方案现在可以正常工作，没有任何问题：

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Ansi, Pack = 1)]
public struct DeviceInfo {

    public UInt32 maxScanrate;
    public UInt32 minScanrate;
    public UInt32 maxNumOfPoints;

    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)]
    public string deviceType;

}

private void queryDeviceProperties(UInt32 index) {
    HwDeviceInfo pDevInfo = new HwDeviceInfo();
    int code = GetDeviceInfo(index, ref pDevInfo);
    if(code==0) {
        Console.WriteLine(pDevInfo.minScanrate);
        Console.WriteLine(pDevInfo.maxScanrate);
        Console.WriteLine(pDevInfo.maxNumOfPoints);
        Console.WriteLine(pDevInfo.type);
    } else {
        Console.WriteLine("Error Code: "+code);
    }
}

感谢大家的大力支持！

score 1 · Accepted Answer

[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)]声明该字段char[32]在标题中存储为一个数组，即 31 个字符的空间和一个空终止符。

将其编组为字符串应该不是问题，dll 写入数组的任何内容都不会导致NullReferenceException.

我可以编译一个存根 dll，它可以使用您的 C# 代码正常加载，并且可以发送回 ANSI 字符串，并添加typedef byte...一个存根方法体，例如：

int GetDeviceInfo(DWORD deviceIndex, DeviceInfo* pDeviceInfo)
{
    std::string testString = "test string thats quite loooooooong"; 
    pDeviceInfo->maxScanrate = 1234;
    pDeviceInfo->minScanrate = 12345;
    pDeviceInfo->maxNumOfPoints = 100 + deviceIndex;
    sprintf_s(pDeviceInfo->type, "%.31s", testString.c_str());
    return 0;
}

这适用于 VS2017 C++ 和 .Net 4.6.1。

如果将 C# 声明更改为：

    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
    public struct DeviceInfo
    {
        public UInt32 maxScanrate;
        public UInt32 minScanrate;
        public UInt32 maxNumOfPoints;
        public UInt64 deviceTypePart1;
        public UInt64 deviceTypePart2;
        public UInt64 deviceTypePart3;
        public UInt64 deviceTypePart4;

        public string GetDeviceType()
        {
            if (Marshal.SizeOf(this) != 44) throw new InvalidOperationException();
            List<byte> bytes = new List<byte>();
            bytes.AddRange(BitConverter.GetBytes(deviceTypePart1));
            bytes.AddRange(BitConverter.GetBytes(deviceTypePart2));
            bytes.AddRange(BitConverter.GetBytes(deviceTypePart3));
            bytes.AddRange(BitConverter.GetBytes(deviceTypePart4));
            return Encoding.GetEncoding(1252).GetString(bytes.ToArray());
        }
    }

[编辑]

我不知道为什么手动启动编组可以解决此问题 - 一定要“加载测试”，以防仍有堆/堆栈损坏错误潜伏。

在您的旧代码中，是否Marshal.SizeOf返回 44 以外的内容？

score -1 · Accepted Answer

我认为你遇到了问题public string typein DeviceInfo。如果您需要将 a 传递string给本机部分，那很好，但我知道您正在char*从本机部分（由本机部分分配）获得 a，在这种情况下，您将丢失type托管的地址（并且那是不知道的）。

这样做的正确方法是：

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet=CharSet.Ansi)]
public struct DeviceInfo {
    public UInt32 maxScanrate;
    public UInt32 minScanrate;
    public UInt32 maxNumOfPoints;
    public IntPtr type; // HERE: char*
}

然后type在托管部分进行处理，例如这样：

unsafe void GetType(IntPtr strPtr) => return new string((char*)strPtr);

如果本机部分不进行分配，则需要使用Marshal.AllocHGlobal。

score -1 · Accepted Answer

正确的咒语是

string UnpackFixed(byte[] data, System.Text.Encoding encoding)
{
    int i;
    for (i = 0; i < data.Length; ++i)
        if(data[i] == (byte)0)
            break;
    return encoding.GetString(data, i);
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Ansi)]
struct DeviceInfo
{
    uint32 maxScanrate;
    uint32 minScanrate;
    uint32 maxNumOfPoints;
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 32)]
    byte type[];
};

DeviceInfo pDevInfo = new DeviceInfo();
pDevInfo.type = new byte[32];
int r4 = GetDeviceInfo(0, ref pDevInfo);
Console.WriteLine("  - type: " + UnpackFixed(pDevInfo.type));

我敢肯定有一种方法可以做到这一点，string但所有旧的明显方法都倾向于将字符串传递给本机代码而一无所获。在这里，练习是获取一个固定长度的字节串。如果您确实为字符串解决了它，您最终将使用System.Text.Encoding.Defaultwhich 可能正确也可能不正确，并且无法覆盖它。

System.Text.Encoding.ASCII似乎是错误的，在这种情况下，您需要处理编码。System.Text.Encoding.Default可能在ASCII没有的地方工作，在这种情况下，您应该考虑在多字节字符编码上是否有奇怪的故障模式。目前尚不清楚设备是否始终使用与操作系统相同的编码，或者它是否采用固定编码（在这种情况下，您应该指定编码）。

c# - 如何从 C# 调用带有结构指针参数的 C++ 函数？

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