【C++】C++/CLI语法大纲，使用 C++ 编写和操作托管代码

C++/CLI 是一种用于在 C++ 和 .NET 环境之间进行互操作的语言扩展，允许开发者使用 C++ 编写和操作托管代码（Managed Code）。以下是 C++/CLI 的语法大纲以及每部分的讲解。

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C++/CLI 语法大纲

1. 托管代码与非托管代码的定义

   • #pragma managed / #pragma unmanaged
   • 托管类型 (ref class, value class, interface)

2. 托管类型

   • 引用类型 (ref class, ref struct)
   • 值类型 (value class, value struct)
   • 枚举类型 (enum class, enum struct)

3. 句柄与托管指针

   • 托管指针 ^
   • 原生指针 *

4. 托管数组

   • 使用 array<Type> 定义托管数组

5. 托管字符串

   • System::String 和 String^

6. 特性（Attributes）

   • 属性标注（[Attribute]）

7. .NET 集合和泛型

   • List<T>, Dictionary<TKey, TValue>

8. 事件与委托

   • 委托 (delegate)
   • 事件 (event)

9. 可见性

   • 公共 (public)
   • 私有 (private)
   • 内部 (internal)
   • 保护 (protected)

10. 类型转换

    • safe_cast, dynamic_cast, static_cast

11. .NET 的托管内存管理

    • 垃圾回收机制
    • gcnew 的使用

12. CLI 关键字

    • ref, gcnew, nullptr, interface, literal, initonly

13. 混合代码与互操作

    • 混合模式编程
    • P/Invoke 调用原生 DLL
    • 从托管代码访问非托管代码

14. CLI 特有的语法

    • property
    • sealed
    • override
    • virtual
    • abstract

15. 异常处理

    • try/catch 捕获托管异常
    • throw 抛出托管异常

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语法详解

1. 托管代码与非托管代码

C++/CLI 支持两种代码模式：

• 托管代码：运行在 .NET 环境，由 CLR 管理。
• 非托管代码：传统的 C++ 原生代码。

切换托管/非托管代码

#pragma managed
void ManagedFunction() {
    // 托管代码
}

#pragma unmanaged
void UnmanagedFunction() {
    // 非托管代码
}

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2. 托管类型

引用类型 (ref class)

• 类似于 C# 的引用类型，分配在托管堆中。

ref class MyClass {
public:
    int MyProperty;
};

值类型 (value class)

• 类似于 C# 的值类型，分配在栈上或结构体中。

value class MyStruct {
public:
    int X, Y;
};

接口 (interface)

• 类似于 C# 的接口，定义方法约束。

interface class IMyInterface {
    void MyMethod();
};

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3. 句柄与托管指针

• ^：托管对象的句柄。
• *：原生指针。

示例

ref class ManagedClass {};
ManagedClass^ managedPtr = gcnew ManagedClass();

int* nativePtr = new int(10);

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4. 托管数组

使用 array<T> 定义托管数组。

array<int>^ managedArray = gcnew array<int>(10);
managedArray[0] = 42;

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5. 托管字符串

System::String 是 .NET 的字符串类型，通过 String^ 使用。

String^ myString = "Hello, C++/CLI!";
Console::WriteLine(myString);

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6. 特性（Attributes）

使用方括号标注属性。

[Serializable]
ref class MyClass {};

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7. .NET 集合和泛型

C++/CLI 支持 .NET 泛型集合：

using namespace System::Collections::Generic;

List<int>^ myList = gcnew List<int>();
myList->Add(10);

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8. 委托与事件

委托

delegate void MyDelegate(int value);

事件

ref class MyClass {
public:
    event MyDelegate^ OnValueChanged;
};

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9. 可见性

ref class MyClass {
private:
    int privateField;
protected:
    int protectedField;
public:
    int publicField;
};

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10. 类型转换

• safe_cast: 安全转换（类似于 C# 的 as）。
• dynamic_cast: 用于托管和非托管之间的动态转换。
• static_cast: 静态转换。

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11. 托管内存管理

• 使用 gcnew 分配托管堆内存。

ManagedClass^ obj = gcnew ManagedClass();

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12. CLI 关键字

• ref：定义引用类型。
• gcnew：分配托管堆对象。
• nullptr：托管对象的空值。
• literal：常量定义。
• initonly：只读字段。

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13. 混合代码与互操作

调用非托管 DLL

[DllImport("user32.dll")]
extern "C" int MessageBox(IntPtr hWnd, String^ text, String^ caption, unsigned int type);

托管与非托管混合

void CallNativeFunction() {
    #pragma unmanaged
    // 原生 C++ 代码
    #pragma managed
}

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14. CLI 特有的语法

属性 (property)

ref class MyClass {
private:
    int value;
public:
    property int Value {
        int get() { return value; }
        void set(int val) { value = val; }
    }
};

sealed

ref class SealedClass sealed {};

override

virtual void MyMethod() override {}

abstract

virtual void MyAbstractMethod() abstract;

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15. 异常处理

捕获和抛出托管异常：

try {
    throw gcnew Exception("An error occurred!");
} catch (Exception^ ex) {
    Console::WriteLine(ex->Message);
}

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我们可以深入拓展和补充 C++/CLI 语法的应用场景和用法，以便更全面地掌握其功能和特性。

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16. C++/CLI 与 C# 的对比

C++/CLI 提供了 .NET 的强大功能，同时保留了 C++ 的灵活性。以下是 C++/CLI 和 C# 之间的一些对比：

功能	C++/CLI	C#
对象分配	使用 gcnew	使用 new
空值	使用 nullptr	使用 null
属性	使用 property	直接定义 { get; set; }
指针	支持托管指针 ^ 和原生指针 *	仅支持托管对象
混合代码	支持托管和非托管代码切换	不支持

C++/CLI 示例：

ref class MyClass {
private:
    int value;
public:
    property int Value {
        int get() { return value; }
        void set(int val) { value = val; }
    }
};

C# 示例：

public class MyClass {
    public int Value { get; set; }
}

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17. C++/CLI 混合模式

C++/CLI 是唯一支持托管代码和非托管代码混合的 .NET 语言。这是它最重要的功能之一。

定义与切换

通过 #pragma managed 和 #pragma unmanaged，可以在托管和非托管代码之间切换。

#include <iostream>
#include <string>

void MixedFunction() {
    #pragma unmanaged
    std::string nativeStr = "Hello, Native!";
    std::cout << nativeStr << std::endl;

    #pragma managed
    System::String^ managedStr = "Hello, Managed!";
    System::Console::WriteLine(managedStr);
}

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18. 类型互操作

C++/CLI 提供了从托管类型与非托管类型之间的高效转换机制。

托管类型与标准 C++ 类型的转换

• 使用 marshal_as 进行字符串转换：

#include <msclr/marshal_cppstd.h>
using namespace msclr::interop;

std::string ConvertToNative(String^ managedStr) {
    return marshal_as<std::string>(managedStr);
}

String^ ConvertToManaged(const std::string& nativeStr) {
    return marshal_as<String^>(nativeStr);
}

托管数组与原生数组的互操作

array<int>^ managedArray = gcnew array<int>(5);
int nativeArray[5];

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    nativeArray[i] = managedArray[i];  // 或反向赋值
}

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19. CLI 特有关键字的详细解释

gcnew

• 用于在托管堆上分配对象。
• 示例：

MyClass^ obj = gcnew MyClass();

nullptr

• 等同于 .NET 的 null，表示托管对象的空值。
• 示例：

MyClass^ obj = nullptr;

literal

• 定义编译时常量（类似于 const，但仅适用于托管类型）。
• 示例：

literal int MaxValue = 100;

initonly

• 定义只读字段（只能在构造函数中赋值）。
• 示例：

ref class MyClass {
    initonly int MaxValue;
public:
    MyClass() : MaxValue(100) {}
};

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20. 泛型编程

C++/CLI 支持 .NET 的泛型（Generic），例如 List<T>、Dictionary<TKey, TValue>。

使用泛型集合

using namespace System::Collections::Generic;

List<int>^ intList = gcnew List<int>();
intList->Add(10);
intList->Add(20);

for each (int value in intList) {
    Console::WriteLine(value);
}

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21. 委托和事件的应用场景

委托

C++/CLI 的委托与 C# 的 delegate 类似，可用于回调机制。

delegate void MyDelegate(int value);

ref class MyClass {
public:
    MyDelegate^ myDelegate;
    void InvokeDelegate() {
        myDelegate(42);  // 调用委托
    }
};

事件

C++/CLI 的事件使用 event 关键字，适合实现观察者模式。

ref class MyClass {
public:
    event MyDelegate^ OnValueChanged;

    void ChangeValue(int newValue) {
        OnValueChanged(newValue);  // 触发事件
    }
};

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22. 异常处理 捕获混合异常

C++/CLI 支持托管异常和非托管异常的处理。

捕获混合异常

try {
    // 非托管代码
    throw std::runtime_error("Native error!");
} catch (std::exception& ex) {
    std::cerr << ex.what() << std::endl;
} catch (System::Exception^ ex) {
    Console::WriteLine(ex->Message);
}

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23. 从 C# 调用 C++/CLI

C++/CLI 可以作为一个桥梁，从 C# 调用非托管 C++ 代码。

示例：定义 C++/CLI 类

public ref class MyBridge {
public:
    int Add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
};

在 C# 中调用

var bridge = new MyBridge();
int result = bridge.Add(5, 10);
Console.WriteLine(result);

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24. 应用场景

C++/CLI 主要适用于以下场景：

1. 托管与非托管代码的桥梁：

   • 用于将传统 C++ 库引入 .NET 项目。

2. 性能优化：

   • 在 .NET 应用中，使用 C++ 编写性能关键的组件。

3. 与硬件交互：

   • 在 .NET 环境中使用低级 C++ 库与硬件通信。

4. C++/CLI 替代 P/Invoke：

   • 比 P/Invoke 更灵活和高效，用于调用非托管代码。

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小结

C++/CLI 提供了与 .NET 完美互操作的能力，通过以上语法，开发者可以：

1. 使用 C++ 编写和管理托管代码。
2. 与 C# 或 VB.NET 的类库互操作。
3. 在托管和非托管环境之间高效切换。