C# 用戶經常提出兩個問題：“我為什么要另外編寫代碼來使用內置于 Windows 中的功能？在框架中為什么沒有相應的內容可以為我完成這一任務？”當框架小組構建他們的 .NET 部分時，他們評估了為使 .NET 程序員可以使用 Win32 而需要完成的工作，結果發現 Win32 API 集非常龐大。他們沒有足夠的資源為所有 Win32 API 編寫托管接口、加以測試并編寫文檔，因此只能優先處理最重要的部分。許多常用操作都有托管接口，但是還有許多完整的 Win32 部分沒有托管接口。

　　平臺調用 (P/Invoke) 是完成這一任務的最常用方法。要使用 P/Invoke，您可以編寫一個描述如何調用函數的原型，然后運行時將使用此信息進行調用。另一種方法是使用 Managed Extensions to C++ 來包裝函數，這部分內容將在以后的專欄中介紹。

　　要理解如何完成這一任務，最好的辦法是通過示例。在某些示例中，我只給出了部分代碼；完整的代碼可以通過下載獲得。

　　簡單示例

　　在第一個示例中，我們將調用 Beep() API 來發出聲音。首先，我需要為 Beep() 編寫適當的定義。查看 MSDN 中的定義，我發現它具有以下原型：

BOOL?Beep(
　DWORD?dwFreq,　　　//?聲音頻率
　DWORD?dwDuration　?//?聲音持續時間
);??
??????? 要用 C# 來編寫這一原型，需要將 Win32 類型轉換成相應的 C# 類型。由于 DWORD 是 4 字節的整數，因此我們可以使用 int 或 uint 作為 C# 對應類型。由于 int 是 CLS 兼容類型（可以用于所有 .NET 語言），以此比 uint 更常用，并且在多數情況下，它們之間的區別并不重要。bool 類型與 BOOL 對應。現在我們可以用 C# 編寫以下原型：
public?static?extern?bool?Beep(int?frequency,?int?duration); 　　這是相當標準的定義，只不過我們使用了 extern 來指明該函數的實際代碼在別處。此原型將告訴運行時如何調用函數；現在我們需要告訴它在何處找到該函數。

　　我們需要回顧一下 MSDN 中的代碼。在參考信息中，我們發現 Beep() 是在 kernel32.lib 中定義的。這意味著運行時代碼包含在 kernel32.dll 中。我們在原型中添加 DllImport 屬性將這一信息告訴運行時：
[DllImport("kernel32.dll")] 　　這就是我們要做的全部工作。下面是一個完整的示例，它生成的隨機聲音在二十世紀六十年代的科幻電影中很常見。
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);
?????????????}
　　　}
　}
} 　　它的聲響足以刺激任何聽者！由于 DllImport 允許您調用 Win32 中的任何代碼，因此就有可能調用惡意代碼。所以您必須是完全受信任的用戶，運行時才能進行 P/Invoke 調用。

　　枚舉和常量

　　Beep() 可用于發出任意聲音，但有時我們希望發出特定類型的聲音，因此我們改用 MessageBeep()。MSDN 給出了以下原型：
? BOOL?MessageBeep(
　UINT?uType?//?聲音類型
);
　　這看起來很簡單，但是從注釋中可以發現兩個有趣的事實。

　　首先，uType 參數實際上接受一組預先定義的常量。

　　其次，可能的參數值包括 -1，這意味著盡管它被定義為 uint 類型，但 int 會更加適合。

　　對于 uType 參數，使用 enum 類型是合乎情理的。MSDN 列出了已命名的常量，但沒有就具體值給出任何提示。由于這一點，我們需要查看實際的 API。

　　如果您安裝了 Visual Studio? 和 C++，則 Platform SDK 位于 \Program Files\Microsoft Visual Studio .NET\Vc7\PlatformSDK\Include 下。

　　為查找這些常量，我在該目錄中執行了一個 findstr。

　　findstr "MB_ICONHAND" *.h

　　它確定了常量位于 winuser.h 中，然后我使用這些常量來創建我的 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);??

　　現在我可以用下面的語句來調用它： MessageBeep(BeepType.IconQuestion);
處理結構

　　有時我需要確定我筆記本的電池狀況。Win32 為此提供了電源管理函數。

　　搜索 MSDN 可以找到 GetSystemPowerStatus() 函數。
BOOL?GetSystemPowerStatus(
　LPSYSTEM_POWER_STATUS?lpSystemPowerStatus
);
　　此函數包含指向某個結構的指針，我們尚未對此進行過處理。要處理結構，我們需要用 C# 定義結構。我們從非托管的定義開始：
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，通過用 C# 類型代替 C 類型來得到 C# 版本。
struct?SystemPowerStatus
{
　?byte?ACLineStatus;
　?byte?batteryFlag;
　?byte?batteryLifePercent;
　?byte?reserved1;
　?int?batteryLifeTime;
　?int?batteryFullLifeTime;
}??

　　這樣，就可以方便地編寫出 C# 原型：
[DllImport("kernel32.dll")]
public?static?extern?bool?GetSystemPowerStatus(?ref?SystemPowerStatus?systemPowerStatus);??
　　在此原型中，我們用“ref”指明將傳遞結構指針而不是結構值。這是處理通過指針傳遞的結構的一般方法。

　　此函數運行良好，但是最好將 ACLineStatus 和 batteryFlag 字段定義為 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,
　　}??

　　請注意，由于結構的字段是一些字節，因此我們使用 byte 作為該 enum 的基本類型。??

　　字符串

　　雖然只有一種 .NET 字符串類型，但這種字符串類型在非托管應用中卻有幾項獨特之處。可以使用具有內嵌字符數組的字符指針和結構，其中每個數組都需要正確的封送處理。

　　在 Win32 中還有兩種不同的字符串表示：

　　ANSI
　　Unicode

　　最初的 Windows 使用單字節字符，這樣可以節省存儲空間，但在處理很多語言時都需要復雜的多字節編碼。Windows NT? 出現后，它使用雙字節的 Unicode 編碼。為解決這一差別，Win32 API 采用了非常聰明的做法。它定義了 TCHAR 類型，該類型在 Win9x 平臺上是單字節字符，在 WinNT 平臺上是雙字節 Unicode 字符。對于每個接受字符串或結構（其中包含字符數據）的函數，Win32 API 均定義了該結構的兩種版本，用 A 后綴指明 Ansi 編碼，用 W 指明 wide 編碼（即 Unicode）。如果您將 C++ 程序編譯為單字節，會獲得 A 變體，如果編譯為 Unicode，則獲得 W 變體。Win9x 平臺包含 Ansi 版本，而 WinNT 平臺則包含 W 版本。

　　由于 P/Invoke 的設計者不想讓您為所在的平臺操心，因此他們提供了內置的支持來自動使用 A 或 W 版本。如果您調用的函數不存在，互操作層將為您查找并使用 A 或 W 版本。

　　通過示例能夠很好地說明字符串支持的一些精妙之處。

　　簡單字符串

　　下面是一個接受字符串參數的函數的簡單示例：
BOOL?GetDiskFreeSpace(
LPCTSTR?lpRootPathName,?　　　　//?根路徑
LPDWORD?lpSectorsPerCluster,　　//?每個簇的扇區數
LPDWORD?lpBytesPerSector,　　　?//?每個扇區的字節數
LPDWORD?lpNumberOfFreeClusters,?//?可用的扇區數
LPDWORD?lpTotalNumberOfClusters?//?扇區總數
);?

　　根路徑定義為 LPCTSTR。這是獨立于平臺的字符串指針。

　　由于不存在名為 GetDiskFreeSpace() 的函數，封送拆收器將自動查找“A”或“W”變體，并調用相應的函數。我們使用一個屬性來告訴封送拆收器，API 所要求的字符串類型。

　　以下是該函數的完整定義，就象我開始定義的那樣：
[DllImport("kernel32.dll")]
static?extern?bool?GetDiskFreeSpace(
　[MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
　string?rootPathName,
　?ref?int?sectorsPerCluster,
　?ref?int?bytesPerSector,
　?ref?int?numberOfFreeClusters,
　?ref?int?totalNumberOfClusters);??
　　不幸的是，當我試圖運行時，該函數不能執行。問題在于，無論我們在哪個平臺上，封送拆收器在默認情況下都試圖查找 API 的 Ansi 版本，由于 LPTStr 意味著在 Windows NT 平臺上會使用 Unicode 字符串，因此試圖用 Unicode 字符串來調用 Ansi 函數就會失敗。

　　有兩種方法可以解決這個問題：一種簡單的方法是刪除 MarshalAs 屬性。如果這樣做，將始終調用該函數的 A 版本，如果在您所涉及的所有平臺上都有這種版本，這是個很好的方法。但是，這會降低代碼的執行速度，因為封送拆收器要將 .NET 字符串從 Unicode 轉換為多字節，然后調用函數的 A 版本（將字符串轉換回 Unicode），最后調用函數的 W 版本。

　　要避免出現這種情況，您需要告訴封送拆收器，要它在 Win9x 平臺上時查找 A 版本，而在 NT 平臺上時查找 W 版本。要實現這一目的，可以將 CharSet 設置為 DllImport 屬性的一部分：
[DllImport("kernel32.dll",?CharSet?=?CharSet.Auto)]? 　　在我的非正式計時測試中，我發現這一做法比前一種方法快了大約百分之五。

　　對于大多數 Win32 API，都可以對字符串類型設置 CharSet 屬性并使用 LPTStr。但是，還有一些不采用 A/W 機制的函數，對于這些函數必須采取不同的方法。

　　字符串緩沖區

　　.NET 中的字符串類型是不可改變的類型，這意味著它的值將永遠保持不變。對于要將字符串值復制到字符串緩沖區的函數，字符串將無效。這樣做至少會破壞由封送拆收器在轉換字符串時創建的臨時緩沖區；嚴重時會破壞托管堆，而這通常會導致錯誤的發生。無論哪種情況都不可能獲得正確的返回值。

　　要解決此問題，我們需要使用其他類型。StringBuilder 類型就是被設計為用作緩沖區的，我們將使用它來代替字符串。下面是一個示例：
[DllImport("kernel32.dll",?CharSet?=?CharSet.Auto)]
public?static?extern?int?GetShortPathName(
　?[MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
　?string?path,
　?[MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
　?StringBuilder?shortPath,
　?int?shortPathLength);?
　　使用此函數很簡單：
StringBuilder?shortPath?=?new?StringBuilder(80);
int?result?=?GetShortPathName(@"d:\test.jpg",?shortPath,?shortPath.Capacity);
string?s?=?shortPath.ToString();??
　　請注意，StringBuilder 的 Capacity 傳遞的是緩沖區大小。

　　具有內嵌字符數組的結構

　　某些函數接受具有內嵌字符數組的結構。例如，GetTimeZoneInformation() 函數接受指向以下結構的指針：
typedef?struct?_TIME_ZONE_INFORMATION?{?
　　LONG　　　?Bias;?
　　WCHAR　　　StandardName[?32?];?
　　SYSTEMTIME?StandardDate;?
　　LONG　　　?StandardBias;?
　　WCHAR　　　DaylightName[?32?];?
　　SYSTEMTIME?DaylightDate;?
　　LONG　　　?DaylightBias;?
}?TIME_ZONE_INFORMATION,?*PTIME_ZONE_INFORMATION;??
　　在 C# 中使用它需要有兩種結構。一種是 SYSTEMTIME，它的設置很簡單：
　?struct?SystemTime
　?{
　　　public?short?wYear;
　　　public?short?wMonth;
　　　public?short?wDayOfWeek;
　　　public?short?wDay;
　　　public?short?wHour;
　　　public?short?wMinute;
　　　public?short?wSecond;
　　　public?short?wMilliseconds;
　?}??

　　這里沒有什么特別之處；另一種是 TimeZoneInformation，它的定義要復雜一些：
[StructLayout(LayoutKind.Sequential,?CharSet?=?CharSet.Unicode)]
struct?TimeZoneInformation
{?
　?public?int?bias;
　?[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr,?SizeConst?=?32)]
　?public?string?standardName;
　?SystemTime?standardDate;
　?public?int?standardBias;
　?[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr,?SizeConst?=?32)]
　?public?string?daylightName;
　?SystemTime?daylightDate;
　?public?int?daylightBias;
}?

　　此定義有兩個重要的細節。第一個是 MarshalAs 屬性：
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr,?SizeConst?=?32)] 　　查看 ByValTStr 的文檔，我們發現該屬性用于內嵌的字符數組；另一個是 SizeConst，它用于設置數組的大小。

　　我在第一次編寫這段代碼時，遇到了執行引擎錯誤。通常這意味著部分互操作覆蓋了某些內存，表明結構的大小存在錯誤。我使用 Marshal.SizeOf() 來獲取所使用的封送拆收器的大小，結果是 108 字節。我進一步進行了調查，很快回憶起用于互操作的默認字符類型是 Ansi 或單字節。而函數定義中的字符類型為 WCHAR，是雙字節，因此導致了這一問題。

　　我通過添加 StructLayout 屬性進行了更正。結構在默認情況下按順序布局，這意味著所有字段都將以它們列出的順序排列。CharSet 的值被設置為 Unicode，以便始終使用正確的字符類型。

　　經過這樣處理后，該函數一切正常。您可能想知道我為什么不在此函數中使用 CharSet.Auto。這是因為，它也沒有 A 和 W 變體，而始終使用 Unicode 字符串，因此我采用了上述方法編碼。

　　具有回調的函數

　　當 Win32 函數需要返回多項數據時，通常都是通過回調機制來實現的。開發人員將函數指針傳遞給函數，然后針對每一項調用開發人員的函數。

　　在 C# 中沒有函數指針，而是使用“委托”，在調用 Win32 函數時使用委托來代替函數指針。

　　EnumDesktops() 函數就是這類函數的一個示例：
BOOL?EnumDesktops(
　HWINSTA?hwinsta,　　　　　　?//?窗口實例的句柄
　DESKTOPENUMPROC?lpEnumFunc,　//?回調函數
　LPARAM?lParam　　　　　　　　//?用于回調函數的值
);??
　　HWINSTA 類型由 IntPtr 代替，而 LPARAM 由 int 代替。DESKTOPENUMPROC 所需的工作要多一些。下面是 MSDN 中的定義：
BOOL?CALLBACK?EnumDesktopProc(
　LPTSTR?lpszDesktop,　//?桌面名稱
　LPARAM?lParam　　　　//?用戶定義的值
);?
　　我們可以將它轉換為以下委托：
delegate?bool?EnumDesktopProc([MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]?string?desktopName,int?lParam);

?　　完成該定義后，我們可以為 EnumDesktops() 編寫以下定義：

[DllImport("user32.dll",?CharSet?=?CharSet.Auto)]
static?extern?bool?EnumDesktops(
　?IntPtr?windowStation,
　?EnumDesktopProc?callback,
　?int?lParam);
　　這樣該函數就可以正常運行了。

　　在互操作中使用委托時有個很重要的技巧：封送拆收器創建了指向委托的函數指針，該函數指針被傳遞給非托管函數。但是，封送拆收器無法確定非托管函數要使用函數指針做些什么，因此它假定函數指針只需在調用該函數時有效即可。

　　結果是如果您調用諸如 SetConsoleCtrlHandler() 這樣的函數，其中的函數指針將被保存以便將來使用，您就需要確保在您的代碼中引用委托。如果不這樣做，函數可能表面上能執行，但在將來的內存回收處理中會刪除委托，并且會出現錯誤。

　　其他高級函數

　　迄今為止我列出的示例都比較簡單，但是還有很多更復雜的 Win32 函數。下面是一個示例：
DWORD?SetEntriesInAcl(
　ULONG?cCountOfExplicitEntries,　　　　　　//?項數
　PEXPLICIT_ACCESS?pListOfExplicitEntries,?//?緩沖區
　PACL?OldAcl,　　　　　　　　　　　　　　?//?原始?ACL
　PACL?*NewAcl　　　　　　　　　　　　　　　//?新?ACL
);?

　　前兩個參數的處理比較簡單：ulong 很簡單，并且可以使用 UnmanagedType.LPArray 來封送緩沖區。

　　但第三和第四個參數有一些問題。問題在于定義 ACL 的方式。ACL 結構僅定義了 ACL 標頭，而緩沖區的其余部分由 ACE 組成。ACE 可以具有多種不同類型，并且這些不同類型的 ACE 的長度也不同。

　　如果您愿意為所有緩沖區分配空間，并且愿意使用不太安全的代碼，則可以用 C# 進行處理。但工作量很大，并且程序非常難調試。而使用 C++ 處理此 API 就容易得多。

　　屬性的其他選項

　　DLLImport 和 StructLayout 屬性具有一些非常有用的選項，有助于 P/Invoke 的使用。下面列出了所有這些選項：

　　DLLImport

　　CallingConvention

　　您可以用它來告訴封送拆收器，函數使用了哪些調用約定。您可以將它設置為您的函數的調用約定。通常，如果此設置錯誤，代碼將不能執行。但是，如果您的函數是 Cdecl 函數，并且使用 StdCall（默認）來調用該函數，那么函數能夠執行，但函數參數不會從堆棧中刪除，這會導致堆棧被填滿。

　　CharSet

　　控制調用 A 變體還是調用 W 變體。

　　EntryPoint

　　此屬性用于設置封送拆收器在 DLL 中查找的名稱。設置此屬性后，您可以將 C# 函數重新命名為任何名稱。

　　ExactSpelling

　　將此屬性設置為 true，封送拆收器將關閉 A 和 W 的查找特性。

　　PreserveSig

　　COM 互操作使得具有最終輸出參數的函數看起來是由它返回的該值。此屬性用于關閉這一特性。

　　SetLastError

　　確保調用 Win32 API SetLastError()，以便您找出發生的錯誤。

　　StructLayout

　　LayoutKind

　　結構在默認情況下按順序布局，并且在多數情況下都適用。如果需要完全控制結構成員所放置的位置，可以使用 LayoutKind.Explicit，然后為每個結構成員添加 FieldOffset 屬性。當您需要創建 union 時，通常需要這樣做。

　　CharSet

　　控制 ByValTStr 成員的默認字符類型。

　　Pack

　　設置結構的壓縮大小。它控制結構的排列方式。如果 C 結構采用了其他壓縮方式，您可能需要設置此屬性。

　　Size

　　設置結構大小。不常用；但是如果需要在結構末尾分配額外的空間，則可能會用到此屬性。

　　從不同位置加載

　　您無法指定希望 DLLImport 在運行時從何處查找文件，但是可以利用一個技巧來達到這一目的。
????　DllImport 調用 LoadLibrary() 來完成它的工作。如果進程中已經加載了特定的 DLL，那么即使指定的加載路徑不同，LoadLibrary() 也會成功。

　　這意味著如果直接調用 LoadLibrary()，您就可以從任何位置加載 DLL，然后 DllImport LoadLibrary() 將使用該 DLL。

　　由于這種行為，我們可以提前調用 LoadLibrary()，從而將您的調用指向其他 DLL。如果您在編寫庫，可以通過調用 GetModuleHandle() 來防止出現這種情況，以確保在首次調用 P/Invoke 之前沒有加載該庫。

　　P/Invoke 疑難解答

　　如果您的 P/Invoke 調用失敗，通常是因為某些類型的定義不正確。以下是幾個常見問題：

　　1.long != long。在 C++ 中，long 是 4 字節的整數，但在 C# 中，它是 8 字節的整數。

　　2.字符串類型設置不正確。?

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的在C#程序设计中使用Win32 API的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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