混合语言编程：启用CLR(公共语言运行时编译)让C#调用C++

前言

关于混合C#和C++的编程方式，本人之前写过一篇博客（参见混合语言编程：C#使用原生的Directx和OpenGL），在之前的博客中，介绍了在C#的Winform和WPF下使用原生的Direct和OpenGL进行绘图，主要使用的方式是声明一个函数为导出函数，然后就可以在C#中使用这个函数。

存在的问题

之前的方式使C#调用C/C++成为可能，但是存在很多缺点，主要表现在以下几个方面：

使用extern "C" _declspec(dllexport)的声明方式只能定义C函数，无法直接使用C++的类，功能不够强大。
参数传递很麻烦，尤其是传入数组时，经常会出现参数类型错误或者数组长度不正确，很不灵活。
需要写重复性的代码，在C#代码中需要重复声明C/C++写的DLL中的函数，如果在C/C++代码中定义了结构体，还需要在C#中重复声明，处理参数类型又是一个麻烦的事情。
需要手动拷贝DLL到C#程序的目录下，如果忘记拷贝了，程序在运行时会报DLL未找到的错误。
非常不利于调试，无法在C/C++代码中进行断点跟踪调试。同时对C/C++代码修改编译后，需要拷贝DLL到C#程序目录，否则C#程序调用的还是修改之前的DLL。

前段时间开发的一个应用程序中需要控制两个数采卡（SP Divece 的ADQ和SDR），官方提供了C和C++的驱动，可以使用C/C++对数采卡进行控制。我最开始还是使用了之前声明导出函数的方式进行开发，用C语言实现，但是随着功能的复杂和代码的增加，上面一系列问题越来越严重。

发现新大陆（公共语言运行时编译）

在奋斗解决各种Bug的时候突然在一次搜索时找到了公共语言运行时编译。所谓公共语言运行时编译，就是允许应用程序和组件使用公共语言运行时 (CLR) 中的功能。找到MSDN上的相关文档：

有了公共语言运行时编译，在C#程序集中就可以引用C++开发的DLL，并且使用C++的类就和使用使用C#类是一样的，还可以直接断点调试，以上问题全部解决。

很快，我就把之前用C写的代码改写成了C++的代码，启用CLR，并删掉了C#中重复的代码。

指针问题

使用C++开发就会经常使用到指针，但C#没有指针（一般情况，其实C#是有指针的，只不过默认被关闭了）。在C#中要传递一个指针至少有两种方式：

使用stackalloc在栈上分配内存块，这类似于C的malloc和C++的new（当然还是有区别的），详细信息可参考stackalloc（C# 参考）。
使用fixed语句固定变量的指针，C#中之所以不让用指针，就是因为由于垃圾回收机制会导致变量重定位，变量重定位后，之前的指针也就不再指向这个变量了，所以C#在这种情况下是要禁止使用指针。而fixed 语句禁止垃圾回收器重定位可移动的变量，并在执行该语句期间“固定”此变量。固定变量的位置后就可以使用指针了，详细信息可参考fixed 语句（C# 参考）。

需要提醒的是，这两种方式都需要在不安全的上下文中使用，关于不安全上下文，可参考unsafe（C# 参考）。

结语

本文主要记录我在做项目中发现的问题、解决问题所使用到相关的技术，有效地解决了C#调用C++的问题。当然，其中还有很多细节并没有深入研究，可能会存在更好的方式。