CSharp Tips：调用Win32 API如何处理指针类型的参数-优快云博客

本文详细介绍了如何在C#环境下安全地解决调用API时遇到的指针类型参数问题，包括字符串、句柄、基本类型指针、结构、结构数组、函数指针、表示多种类型的指针等常见场景的处理方法，以及UNION的实现技巧。

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0、前言

从VB到C#，被人诟病比较多的就是交互性比较差，又集中表现在调用Win32 API上。如果说C/C++调用API只是调用函数这类轻松的活，在C#下却成了阻挡入门者的技术活。之所以产生这么大区别在于数据类型的差异，就是因为C#这类采用了“安全”的类型，我们避免了内存释放和内存访问错误的一些困扰，但是不得不面对调用API时的繁琐。有得必有失，关键看你选择了什么。

在调用API时，对于值类型的数据，不存在什么转换问题，只要搞清楚到底是Byte、Int16、Int32 还是Int64就可以了，比较麻烦的地方是指针，因为C#中没有办法显性的使用指针，有时需要借助unsafe code达到这个目的。如果都“unsafe”了，那还用C#干吗，本文的目的就是总结一下，怎样用“safe”的方式解决Win32 API中指针类型参数的问题。

1、基本原则

在我们在调用API时，如果发现参数中有指针类型的时候，不要简单的用IntPtr去替换，或者直接就是用*来定义。虽然C#中能够使用指针，但是这样做就违背了C#设计时的初衷，此外DotNET Framework平台下使用unsafe代码多少会影响应用程序的效率。

当我们拿到一个API，阅读API的说明时，一定要关注以下几点：

l每一个参数的数据类型是什么？如果是指针，指针指向的是一个什么数据结构，基本数据类型、字符串、结构还就是一块内存。不同的类型在C#下处理的模式是不同的。

l指针所指向的数据结构是谁创建，该由谁释放？这也非常重要，它两层含义：一个是我们怎么定义接口，并且准备调用参数；另一个就是资源释放的问题，某些调用这申请，被调用这释放的资源，需要约定的方法申请或释放资源，反之亦然。

只要花点时间分析一下，就会发现即便是在复杂的结构，不用“unsafe code”也能够完成调用，只不过有时候过程有点繁琐，不如C/C++调用API那么畅快淋漓。但是我想说的是，如果选择了C#，那么就是C#的思想去解决问题，这样才能够发挥出C#所有的潜力。

2、实例分析

了解了基本原则，下面就逐一分析一下怎样雅致并且“安全”地解决不同类型指针的调用问题。

2.1、字符串

字符串应该是我们接触到最多的情况，一般在API定义中被描述为“LPSTR/LPTSTR/LPCTSTR/LPWSTR”之类，我们在申明API接口的时候，如果是传入类型的参数，直接用String类型申明即可，例如：

///<summary>
        ///原型是:HMODULE LoadLibrary(LPCTSTR lpFileName); 
        ///</summary>
        ///<param name="lpFileName">DLL 文件名</param>
        ///<returns>函数库模块的句柄</returns>
        [DllImport("kernel32.dll")]
        public static extern IntPtr LoadLibrary(string lpFileName);

但是如果是传出类型的字符串参数，简单的这么写就不行了。我的理解是String变成LPSTR，是DotNET Framework的交互接口帮我们做了一次转换，创建了一个字符数组，将我们提供的String复制了一次，再传递给API，并非简单的指针传递，所以当我们要求在我们设定的一个地址区域去写数据时，就不能够直接申明为String，而应该是Byte或者Char数组，可以参考下面的例子：

函数声明：

///<summary>
        /// int GetClassName(HWND hWnd, LPTSTR lpClassName, int nMaxCount); 
        ///</summary>
        [DllImport("user32",CharSet=CharSet.Ansi)]
        public static extern Int32 GetClassName(IntPtr hwnd, Byte[] lpClassName, Int32 nMaxCount);

调用事例：

String sClassName = null;
         Byte[] abClassName = null;
         Int32 dwRet = 0;
 
         abClassName = new Byte[100];
         dwRet = GetClassName(this.Handle, abClassName, 100);
         sClassName = System.Text.ASCIIEncoding.ASCII.GetString(abClassName,0,dwRet);
         MessageBox.Show(sClassName);

还需要注意一点的就是Ansi还是Unicode的字符集了，申明的是什么就用什么转换。

2.2、句柄—Handle

句柄严格意义上来说不能归在指针这一类，句柄是本宏定义掩盖了的一种数据结构，不过行为上和指针有些类似。最常见的有窗口句柄、Socket句柄还有内核对象的句柄等。总之H开头的一些定义基本都是句柄。

对于句柄来说我们通常无法直接访问句柄所代表的那个数据结构，只要记录句柄值就可以了，而且我们并不关心句柄这个值的内容，只要他有效就行了，所以句柄最容易处理。一般Win32下，句柄就是一个32位的整型，所以用Int32/UInt32或者IntPtr申明即可。还是上面那个例子，HMODULE就是一个句柄。

2.3、基本类型的指针

两种情况下会出现基本类型的指针：一种是基本类型的地址，表示返回类型的参数；一种是表示传递一个基本类型的数组，这两种情况需要分别对待。

返回类型，C#中有专门的修饰符ref，表示参数传递按地址传送。缺省情况下参数都是按值传递的，如果希望按照地址传递，只要在参数前添加ref的修饰符即可。例如：

//<summary>
        ///原形：BOOL ReadFile(HANDLE hFile, LPVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToRead, LPDWORD lpNumberOfBytesRead, LPOVERLAPPED lpOverlapped); 
        ///</summary>
        [DllImport("kernel32.dll")]
        public extern static Int32 ReadFile(IntPtr hFile, Byte[] buffer,Int32 nNumberOfBytesToRead, ref Int32 lpNumberOfByte

对于C/C++中数组参数，就是一块连续内存的首地址。在C#中的数组默认都是从Array派生的类，虽然结构复杂了，但是内存布局应该是相同的，所以只要把参数定义为基本类型的数组就可以了。例如：

        ///<summary>
        /// BOOL GetCharWidth(HDC hdc,UINT iFirstChar,UINT iLastChar,LPINT lpBuffer);
        ///</summary>
        [DllImport("gdi32")]
        public static extern Int32 GetCharWidth(HDC hdc, Int32 wFirstChar, Int32 wLastChar, int32[] lpBuffer);

2.4、结构

说到结构，先要解释一下C#中数据类型的分类。C#中的数据类型一般有两种，一种是值类型，就是Byte、Int32之流，出于反射的需要，值类型都是从ValueType派生而得；一种是引用类型，从Object派生出来的类都是引用类型。所谓值类型，就是赋值和传递了传的是数据本身，引用类型传递的是数据所对应实例的引用，C#中结构（以struct定义的）是值类型的，类（以class定义的）是引用类型的。

实际调用API时，API参数如果是一个自定义结构指针的话，通常把数据结构定义为struct，在申明时函数接口时用ref修饰。例如Guid就是DotNET类库中内建的一个结构，具体用法如下：

        ///<summary>
        ///原形：HRESULT WINAPI GetDeviceID(LPCGUID pGuidSrc, LPGUID pGuidDest);
        ///</summary>
        ///<param name="pGuidSrc"></param>
        ///<param name="pGuidDest"></param>
        ///<returns></returns>
        [DllImport("Dsound.dll")]
        private static extern Int32 GetDeviceID(ref Guid pGuidSrc, ref Guid pGuidDest);

如果自定义结构的话，结构在内存中占据的字节数务必要匹配，当结构中包含数组的时候需要用MarshalAsAttribute属性进行修饰，设定数组长度。具体可以参考下面的例子：

        ///<summary>
        ///原形：
        /// typedef struct tagPAINTSTRUCT { 
        ///     HDC hdc; 
        ///     BOOL fErase; 
        ///     RECT rcPaint; 
        ///     BOOL fRestore; 
        ///     BOOL fIncUpdate; 
        ///     BYTE rgbReserved[32]; 
        /// } PAINTSTRUCT;
        ///</summary>
        public struct PAINTSTRUCT
        {
            public IntPtr hdc;
            public Boolean fErase;
            public RECT rcPaint;
            public Boolean fRestore;
            public Boolean fIncUpdate;
            [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 32)]public Byte[] rgbReserved;
        }
 
        ///<summary>
        ///原形：HDC BeginPaint( HWND hwnd, LPPAINTSTRUCT lpPaint);
        ///</summary>
        [DllImport("user32")]
        public static extern IntPtr BeginPaint(IntPtr hwnd, ref PAINTSTRUCT lpPaint);

2.5、结构数组

结构数组就比较复杂了，就我个人的经验，不同厂商提供的API，实现不同，需要采用的处理方式也不相同的。

一般情况下，参照基本类型数组的调用方式即可，例如：

        ///<summary>
        ///原形:
        /// typedef struct tagACCEL {
        ///     BYTE fVirt;
        ///     WORD key;
        ///     WORD cmd;
        /// } ACCEL, *LPACCEL;
        ///</summary>
        public struct ACCEL
        {
            public Byte fVirt;
            public UInt16 key;
            public UInt16 cmd;
        }
        ///<summary>
        ///原形：int CopyAcceleratorTable(HACCEL hAccelSrc,LPACCEL lpAccelDst,int cAccelEntries);
        ///</summary>
        ///<returns></returns>
        [DllImport("user32")]
        public static extern Int32 CopyAcceleratorTable(IntPtr hAccelSrc, ACCEL[] lpAccelDst, Int32 cAccelEntries);

但是也有特殊情况，对些厂商提供的API中，不知是否和内存复制的方式有关，类似的函数，如果采用上面相同的定义方法调用的话，调用正确，但是应该返回的数据没有被改写。这个时候就需要另一种方法来解决了。

众所周知，在逻辑上结构是一段连续的内存，数组也是一段连续内存，我们可以从堆中直接申请一段内存，调用API，然后将返回的数据再转换成结构即可。具体可以参看下面的例子。

结构定义以及API声明：

        [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 8)]
        private struct CmBoxInfo
        {
            public static CmBoxInfo Empty = new CmBoxInfo();
 
            public byte MajorVersion;
            public byte MinorVersion;
            public ushort BoxMask;
            public uint SerialNumber;
            public ushort BoxKeyId;
            public ushort UserKeyId;
            [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = CM_PUBLIC_KEY_LEN)] public byte[] BoxPublicKey;
            [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = CM_PUBLIC_KEY_LEN)] public byte[] SerialPublicKey;
            public uint Reserve;
 
            public void Init()
            {
                BoxPublicKey = new byte[CM_PUBLIC_KEY_LEN];
                Debug.Assert(BoxPublicKey != null);
                SerialPublicKey = new byte[CM_PUBLIC_KEY_LEN];
                Debug.Assert(SerialPublicKey != null);
            }
        }
        ///<summary>
        ///原型：int CMAPIENTRY CmGetBoxes(HCMSysEntry hcmse, unsigned long idPort, CMBOXINFO *pcmBoxInfo, unsigned int cbBoxInfo) 
        ///</summary>
        [DllImport("xyz.dll")]
        private static extern Int32 CmGetBoxes(IntPtr hcmse, CmGetBoxesOption idPort,IntPtr pcmBoxInfo, Int32 cbBoxInfo);

调用示例

            IntPtr hcmBoxes = IntPtr.Zero;
            CmAccess cma = new CmAccess();
            CmBoxInfo[] aBoxList = null;
            Int32 dwBoxNum = 0, dwLoop = 0,dwBoxInfoSize = 0;
            IntPtr pBoxInfo = IntPtr.Zero;
 
            dwBoxNum = m_pCmGetBoxes(hcmBoxes, CmGetBoxesOption.AllPorts, IntPtr.Zero, 0);
            if (dwBoxNum > 0)
            {
                aBoxList = new CmBoxInfo[dwBoxNum];
                if (aBoxList != null)
                {
                    dwBoxInfoSize = Marshal.SizeOf(aBoxList[0]);
                    pBoxInfo = Marshal.AllocHGlobal(dwBoxInfoSize * dwBoxNum);
                    if (pBoxInfo != IntPtr.Zero)
                    {
                        dwBoxNum = m_pCmGetBoxes(hcmBoxes, CmGetBoxesOption.AllPorts, pBoxInfo, dwBoxNum);
                        for (dwLoop = 0; dwLoop < dwBoxNum; dwLoop++)
                        {
                            aBoxList[dwLoop] = (CmBoxInfo)Marshal.PtrToStructure((IntPtr)((UInt32)pBoxInfo + dwBoxInfoSize * dwLoop), CmBoxInfo.Empty.GetType());
                        }
                        Marshal.FreeHGlobal(pBoxInfo);
                        pBoxInfo = IntPtr.Zero;
                    }
                    else
                    {
                        aBoxList = null;
                    }
                }
            }

最后提一句，Marshal类非常有用，其中包括了大量内存申请、复制和类型转换的函数，灵活运用的话，基本上可以避免unsafe code。

2.6、函数指针（回调函数）

C#中采用委托（delegate）和函数指针等同的功能，当API函数的参数为回调函数时，我们通常使用委托来替代。与C和C++ 中的函数指针相比，委托实际上是具体一个Delegate派生类的实例，它还包括了对参数和返回值，类型安全的检查。

先看一下下面的例子：

        ///<summary>
        ///原形：typedef BOOL (CALLBACK *LPDSENUMCALLBACKA)(LPGUID, LPCSTR, LPCSTR, LPVOID);
        ///</summary>
        public delegate Boolean LPDSENUMCALLBACK(IntPtr guid, String sDesc, String sDevName, ref Int32 dwFlag);
        ///<summary>
        ///原形：HRESULT WINAPI DirectSoundCaptureEnumerateA(LPDSENUMCALLBACKA pDSEnumCallback, LPVOID pContext);
        ///</summary>
        [DllImport("Dsound.dll")]
        public static extern Int32 DirectSoundCaptureEnumerate(LPDSENUMCALLBACK pDSEnumCallBack, ref Int32 dw

具体调用方法如下：

         dwRet = DirectSoundEnumerate(new LPDSENUMCALLBACK(DSoundEnumCallback),ref dwFlag);

这里需要特别注意的就是委托实际上是一个实例，和普通的类实例一样，是被DotNET Framework垃圾收集机制所管理，有生存周期的。上文例子的定义方式其实函数级别的局部变量，当函数结束时，将被释放，如果回调仍然在继续的话，就会产生诸如非法访问的错误。所以在使用回调函数的时候一定要比较清楚的了解，回调的作用周期是多大，如果回调是全局的，那么定义一个全局的委托变量作为参数。

2.7、表示多种类型的指针—LPVOID以及其它

指针是C/C++的精髓所在，一个void能够应付所有的问题，我们遇到最多的可能就是LPVOID这样的参数。LPVOID最常用的有两种情况，一种就是表示一个内存块，另一种情况可能是根据其它参数的定义指向不同的数据结构。

第一种情况很好处理，如果是一个内存块，我们可以他当作一个Byte数组就可以了，例如：

       ///<summary>
        ///原形：BOOL ReadFile(HANDLE hFile, LPVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToRead, LPDWORD lpNumberOfBytesRead, LPOVERLAPPED lpOverlapped); 
        ///</summary>
        [DllImport("kernel32.dll")]
        public extern static Int32 ReadFile(IntPtr hFile, Byte[] buffer,Int32 nNumberOfBytesToRead, ref Int32 lpNumberO

第二种情况比较复杂，C#中类型转换是有限制的，一个Int32是没法直接转换成为Point的，这个时候之能够根据不同的参数类型定义不同的重载函数了。例如GetProcAddress函数的lpProcName既可以是一个字符串表示函数名，又可以是一个高字为0的Int32类型，表示函数的序号，我们可以这样分别定义：

        ///<summary>
        ///原型是: FARPROC GetProcAddress(HMODULE hModule,LPCSTR lpProcName);
        ///</summary>
        [DllImport("kernel32.dll", EntryPoint = "GetProcAddress")]
        private extern static IntPtr GetProcAddress(IntPtr hModule, String sFuncName);
        [DllImport("kernel32.dll", EntryPoint = "GetProcAddress")]
        private extern static IntPtr GetProcAddressByIndex(IntPtr hModule, Int32 dwIndex);

在这里总结了调用API时有关指针的一些常见问题，你会发现大多数情况下C#依靠自身的能力就能解决问题，希望对大家有帮助。

怎样处理UNION。

C/C++中UNION是这样定义：

“联合”是一种特殊的类，也是一种构造类型的数据结构。在一个“联合”内可以定义多种不同的数据类型，一个被说明为该“联合”类型的变量中，允许装入该“联合”所定义的任何一种数据，这些数据共享同一段内存，已达到节省空间的目的（还有一个节省空间的类型：位域）。这是一个非常特殊的地方，也是联合的特征。另外，同struct一样，联合默认访问权限也是公有的，并且，也具有成员函数。

首先UNION和结构（STRUCT）一样是值类型，两者最大的不同在于内部成员所占用的空间上。在结构中各成员有各自的内存空间，一个结构变量的总长度是各成员长度之和（空结构除外，同时不考虑边界调整）。而在“联合”中，各成员共享一段内存空间，一个联合变量的长度等于各成员中最长的长度。所以在使用上和结构是一致的，关键在于定义不同。C#中没有UNION关键字，我们就用struct，外加一点技巧来实现。例如：

        /// <summary>
        /// 原型：typedef struct tagINPUT { 
        ///         DWORD type; 
        ///         union {MOUSEINPUT mi; 
        ///             KEYBDINPUT ki;
        ///             HARDWAREINPUT hi;
        ///             };
        ///         }INPUT, *PINPUT;
        /// </summary>
        [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
        public struct INPUT
        {
            [FieldOffset(0)]
            public UInt32 type;
            [FieldOffset(4)]
            public MOUSEINPUT mi;
            [FieldOffset(4)]
            public KEYBDINPUT ki;
            [FieldOffset(4)]
            public HARDWAREINPUT hi;
        }

这里“[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]”的修饰很重要，就是表明结构内的成员按照设定的位置在内存中排列。上面的例子中mi、ki、hi三个成员都是结构体内便宜的第四个字节开始的，也就暗合了UNION内的成员共享同一段内存（首地址相同）。UNION能够处理了，API的申明就很简单了，和STRUCT完全一致，例如：

        /// <summary>
        /// The SendInput function synthesizes keystrokes, mouse motions, and button clicks.
        /// 原型：UINT SendInput(UINT nInputs,LPINPUT pInputs, int cbSize);
        /// </summary>
        [DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Auto, CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
        private static extern UInt32 SendInput(UInt32 nInputs,ref INPUT pInputs,Int32 cbSize);