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实践:C++平台迁移以及如何用C#做C++包装层

2024-07-05 08:06:26   223人阅读

     在前面,我们看过OpenTK与MOgre,这二个项目都是C#项目,但是他的实现都是C++.他们简单来说就是一个包装层.常见的包装方式有二种,一种就是我们熟知的显式P/Invoke(DllImport),上面所说的OpenTK就是这种,还有一种就是C++ -> C++/CRL -> C#,这种也叫隐式P/Invoke,也有称C++ Interop,这篇文章主要讲的就是隐式P/Invoke,具体相关操作请见http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/2x8kf7zx.aspx .

     先说下这个项目的需求,有二个C++项目,都是和信号收集设备打交通,一个是在window环境下实现了设备的实时模式,另外一个项目是在IOS环境下写的设备的黑盒模式.现在要求就是把IOS环境下写的代码整合到第一个项目window环境下,然后再提供C#层面的包装接口与一个简单运行的DEOM.需求很简单,主要是我从离开大学一直玩的就是C#,C++好久没用过,如果以下说的有错误的地方,欢迎大家指出,我会马上修改.同时也谢谢公司给我的这次实践,从开始自学游戏开发(OpenGL为主)开始,面对全是C++代码,虽然读与翻译成别的类型语言都能做到,就是一直没机会系统的用上C++,这次算是对C++项目的初级改动.
     先说下我的开发环境,用的是VS2013,如下问题有些版本可能不一样.
     从IOS环境下的代码,移到vs2013中,首先是如sprintf这种都会报错,因为vs2013会默认启用安全处理,sprintf的安全版本是sprintf_s,会加上缓冲区检查,还有一些如strcpy,strcpy_s,localtime,localtime_s.一般提示你启用安全版本,在对应的函数后添加_s,参数个数可能也会变,不过根据定义都容易改.
     然后就是socket里的一些原型参数的区别了,在IOS或是LINUX里,如关闭socket直接是close,在vs2013中是closesocket,ioctl与ioctlsocket也是如此,如果编译出错,又知道是socket里的函数,可以尝试在原函数后加上socket,然后是查询广播这个地方二个位置的写法差别比较大,在原IOS环境下ioctl传入SIOCGIFCONF命令,得到对应的ifconf数组,然后把ifconf数组每个值通过ioctl传入SIOCGIFBRDADDR命令得到对应的广播地址,我开始尝试把其中的一些ifconf结构引用进来,后来发现关联的比较多,现在想了一想,就是全添加进来,应该也是不行的.而在window环境下,直接使用WSAIoctl,传入命令SIO_GET_INTERFACE_LIST得到INTERFACE_INFO的结构体,里面就包含了所需要的广播地址,别的区别就不大了,相关的很多API是通用的.
     到这里,差不多原来的IOS环境下的代码就转到VS2013中了,然后就是把这部分代码整合到原来的实时模式下,因为二个项目有些头文件本来就有重合的,或者重合的结构体,但是有些属性名不一样,二个相同功能的类,但是部分API与成员不一样的问题，在这我的办法是先把原IOS环境下的代码大致看一下，确定引用关系前后，就是没引用项目内别的文件与引用项目内别的文件最多的文件的.h与.cpp文件,先把引用关系最小的.h与点.cpp文件转移过去,然后确保能正确编译,然后再按顺序,一个个移过来,对于高手不清楚,但是对于我们这种小白,能保证不会因大堆错误而烦心,每转移一个文件成功后都会感觉到高兴.
     在这,实时模式和IOS下的黑盒模式代码都成功整合到VS2013中了,这里遇到一个问题.如下代码 所示.
     std::thread detectThread(&PApi::DetectProc, this);
     detectThread.detach();
     在原IOS环境下用的线程都是用的STL下的线程类,在主线程下,初始化一个类中包含如上STL线程类的初始化,会卡在初始化那里,根本进入不了detach这个方法,最开始是单独重建一个函数,包含上面的代码,在初始化后调用这个函数没有问题.但是这个功能本来应该是在初始化就启用的,再初始化后再加一函数,感觉不好,故把相关线程改成window api里的线程启用.问题解决,代码如下,需要把成员函数DetectProc改成静态成员函数.  
     DWORD threadId = 0;
     HANDLE threadHandle = CreateThread(0, 0, DetectProc, this, 0, &threadId);
     CloseHandle(threadHandle);
     threadHandle = INVALID_HANDLE_VALUE;  
     这是一个小插曲,问题解决后,我们按要求转移到C#平台.如最前面所说,采用的是隐式P/Invoke,我们来看看是如何实现的.
     我们用C++实现全局钩子的同学们都知道,非托管C++DLL里的函数不同C#托管DLL,你在里面写个Public,引用这个DLL的项目就能看到,非托管C++动态链接库想让外面知道内部的API,需要添加关键字__declspec(dllexport).而不管是显示P/Invoke还是隐式P/Invoke引用非托管C++里的API,都需要相关API声明成__declspec(dllexport).
     在这里,说下P/Invoke显示调用与隐式调用的用法的不同,显示调用一般是在C#中使用DLLImport特性包装非托管语言用关键字__declspec(dllexport)公开的API.而隐式调用一般会新建一个托管C++项目,也就是C++/CRL,托管C++和非托管C++共同点是.h头文件.cpp源文件分类与头文件引用这些,别的部分可能让我感觉更像是C#,通过托管C++生成的动态链接库就和我们C#生成DLL一样,直接能被托管项目引用调用类啥的,而托管C++也能像非托管C++一样,引用头文件直接调用相应API,不需要用DLLImport,但其实总的来说更麻烦些,不过能实现的功能也多些,有些C++好用的方法在C#里没有,如memcyp,一些针对指针的操作也和C++一样方便.
     __declspec(dllexport)是我们暴露给外部的DLL生成API所需的,对应我们用P/Invoke引用这些公开的API时,最好在对应的方法上给出关键字__declspec(dllimport),虽然导出函数不是必要的,但是如果是DLL中的变量,这个是必需的,并且编译器也能针对关键字做特定优化.下面是一段常见代码.     
 1 #ifdef TRADITIONALDLL_EXPORTS
 2    #define TRADITIONALDLL_API __declspec(dllexport)
 3 #else
 4    #define TRADITIONALDLL_API __declspec(dllimport)
 5 #endif
 6 
 7 extern "C" {
 8    TRADITIONALDLL_API double GetDistance(Location, Location);
 9    TRADITIONALDLL_API void InitLocation(Location*);
10 }
View Code
   如上定义一个宏定义,在导出的C++动态链接库中,可以选择项目属性里添加预处理器定义TRADITIONALDLL_EXPORTS,也或者是在引用这个文件加上.而在引用这个动态链接库不做处理.
     先看一个普通的函数从非托管C++到C++/CRL到C#相应流程,这个函数是传入一个设备ID,得到设备的所有工程,以及默认的工程ID.
 1  // C++
 2 TRADITIONALDLL_API int GetTestList(const unsigned long deviceId, char** confs, int& count, int& defaultID);
 3 TRADITIONALDLL_API  int GetTestList(const unsigned long deviceId, char** confs, int& count, int& defaultID)
 4 {
 5      auto tests = PApi->Spider_GetTestList();
 6      count = tests->count;
 7      if (count > 0)
 8      {
 9           auto testNames = new char[32 * count];
10           memset(testNames, 0, 32 * count);
11           for (int i = 0; i < count; i++)
12           {
13                memcpy(testNames + i * 32, tests->driveArray[i].TestName, 32);
14           }
15           *confs = testNames;
16           defaultID = PApi->curModule->nDefaultID;
17           return FUNC_SUCCESS;
18      }
19      spiderAPI->errorStr = NotConnecteDev;
20      return 0;
21 }
22 // managed C++
23 bool GetTestList(const unsigned long deviceId, [Out]List <String^>^% testList, [Out]int% defalutID);
24 bool DeviceController::GetTestList(const unsigned long deviceId, [Out]List <String^>^% testList, [Out]int% defalutID)
25 {
26      testList = gcnew List<String^>();
27      char *nameBuffer = NULL;
28      int testCount = 0;
29      int dID = 0;
30      ::GetTestList(deviceId, &nameBuffer, testCount, dID);
31      defalutID = dID;
32      if (nameBuffer != NULL && testCount > 0)
33      {
34           char testName[32];
35           memset(testName, 0, 32);
36           for (int index = 0; index < testCount; ++index)
37           {
38                memcpy(testName, nameBuffer + index * 32, 32);
39                String^ str = gcnew String(testName);
40                testList->Add(str);
41           }
42           return true;
43      }
44      return false;
45 }
46 //C#
47 bool result = DeviceController.Instance.GetTestList(Device.Id, out testNames, out defaultID);
View Code

     基本的传递如上,但是现在要求C#实时刷新设备转过来的数据,简单来说,就是C++里socket接收线程收到设备发送的数据,需要通知C#界面刷新.看需求,C#里的事件就能满足,但是是C++发送的消息,在这我们根据C++里的回调函数与托管代码里的事件结合来完成,去掉一些不必要的代码,主要过程如下.

 1 // C++
 2 typedef void (__stdcall *OnDataMessageRev)(const unsigned long deviceId,  char* data, const int eventId,const int p0, const int p1,const int p2);
 3 
 4 class Module
 5 {
 6      OnDataMessageRev onDataRev;
 7      void didDataReceived();
 8      void SetDataMessageCallback(OnDataMessageRev callback);
 9 }
10 void Module::SetDataMessageCallback(OnDataMessageRev callback)
11 {
12      onDataRev = callback;
13 }
14 void Module::didDataReceived()
15 {    
16     switch (dataMsg.Msg.nEventID)
17     {    
18         case DSP_DISPNEXT_OK:    
19         {
20              if (onDataRev)    
21                   onDataRev(this->deviceId, dataMsg.Data, dataMsg.Msg.nEventID, dataMsg.Msg.nParameters0, dataMsg.Msg.nParameters1, dataMsg.Msg.nParameters2);
22          }
23         break;
24         //...
25     }  
26 }
27 DEVICEAPI_API void SetDataMessageCallback(OnDataMessageRev callback);
28 DEVICEAPI_API void SetDataMessageCallback(OnDataMessageRev callback)
29 {
30      model.SetDataMessageCallback(callback);
31 }
32 // managed C++
33 public delegate void DeviceDataMessageHandler(const unsigned long deviceId, const array<Byte>^ data, const int eventId, const int p0, const int p1, const int p2);
34 public delegate void DeviceDataCallback(const unsigned long deviceId, char* data, const int eventId, const int p0, const int p1, const int p2);
35 public ref class DeviceController
36 {
37     DeviceDataCallback^ dataCallback;
38     DeviceDataMessageHandler^ onDeviceDataReceived;
39     event DeviceDataMessageHandler^ DeviceDataReceived
40      {
41           void add(DeviceDataMessageHandler^ h)
42           {
43                onDeviceDataReceived += h;
44           }
45           void remove(DeviceDataMessageHandler^ h)
46           {
47                onDeviceDataReceived -= h;
48           }
49      }
50 
51     DeviceController::DeviceController()
52      {
53           dataCallback = gcnew DeviceDataCallback(&(DeviceController::DataReceivedCallback));
54           IntPtr ptrData =http://www.mamicode.com/ Marshal::GetFunctionPointerForDelegate(dataCallback);
55 
56           ::SetDataMessageCallback(static_cast<OnDataMessageRev>(ptrData.ToPointer()));
57           GC::KeepAlive(dataCallback);
58      }
59 
60 void OnDeviceDataReceived(const unsigned long deviceId, const array<Byte>^ data, const int eventId, const int p0, const int p1, const int p2)
61 {
62      DeviceDataMessageHandler^ handler = onDeviceDataReceived;
63      if (handler != nullptr)
64      {
65           handler(deviceId, data, eventId, p0, p1, p2);
66      }
67 }
68 }
69 
70 //C#
71 
72 DeviceController.Instance.DeviceDataReceived += Instance_DeviceDataReceived;
73 
74 T ByteArrayToStructure<T>(byte[] bytes, IntPtr pin, int offset) where T : struct
75 {
76     try
77     {
78         return (T)Marshal.PtrToStructure(pin + offset, typeof(T));
79     }
80     catch (Exception e)
81     {
82         return default(T);
83     }
84 }
85 private void Instance_DeviceDataReceived(uint deviceId, byte[] data, int eventId, int p0, int p1, int p2)
86 {
87      GCHandle handle = GCHandle.Alloc(data, GCHandleType.Pinned);
88         IntPtr pin = handle.AddrOfPinnedObject();
89      int nCheckNum = ByteArrayToStructure<int>(data, pin, offset);
90      DISPLAYPARAMS displayParams = ByteArrayToStructure<DISPLAYPARAMS>(data, pin, offset);
91      VCSParamsDSP vcsPar = ByteArrayToStructure<VCSParamsDSP>(data, pin, offset);
92      handle.Free();
93 
94 }
View Code
　 C++里的memcyp确实很好用,上段代码中,ByteArrayToStructure也能实现如memcyp一样的功能,先用GCHandle.Alloc选择Pinned生成CG不能回改的内存区域,就和C++申请内存一样,然后根据偏移量offset,把对应的字节转成我们需要的数据.C++里的char和C#里的byte是一样的,都是一个字节,这里不要搞错了,也和C++一样,记的清除申请的内存空间.


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