为什么要使用C# Win32类库
C# 用户经常提出两个问题：“我为什么要另外编写代码来使用内置于 Windows 中的功能？在框架中为什么没有相应的内容可以为我完成这一任务？”当框架小组构建他们的 .NET 部分时，他们评估了为使 .NET 程序员可以使用 Win32 而需要完成的工作，结果发现 Win32 API 集非常庞大。他们没有足够的资源为所有 Win32 API 编写托管接口、加以测试并编写文档，因此只能优先处理最重要的部分。许多常用操作都有托管接口，但是还有许多完整的 Win32 部分没有托管接口。
平台调用 (P/Invoke) 是完成这一任务的最常用方法。要使用 P/Invoke，您可以编写一个描述如何调用函数的原型，然后运行时将使用此信息进行调用。另一种方法是使用 Managed Extensions to C++ 来包装函数，这部分内容将在以后的专栏中介绍。
要理解如何完成这一任务，最好的办法是通过示例。在某些示例中，我只给出了部分代码；完整的代码可以通过下载获得。
C# Win32类库简单示例
在第一个示例中，我们将调用 Beep() API 来发出声音。首先，我需要为 Beep() 编写适当的定义。查看 MSDN 中的定义，我发现它具有以下原型：
- BOOL Beep(
- DWORD dwFreq, // 声音频率
- DWORD dwDuration // 声音持续时间
- );
要用 C# 来编写这一原型，需要将 Win32 类型转换成相应的 C# 类型。由于 DWORD 是 4 字节的整数，因此我们可以使用 int 或 uint 作为 C# 对应类型。由于 int 是 CLS 兼容类型（可以用于所有 .NET 语言），以此比 uint 更常用，并且在多数情况下，它们之间的区别并不重要。bool 类型与 BOOL 对应。现在我们可以用 C# 编写以下原型：
- public static extern bool Beep(int
- frequency, int duration);
这是相当标准的定义，只不过我们使用了 extern 来指明该函数的实际代码在别处。此原型将告诉运行时如何调用函数；现在我们需要告诉它在何处找到该函数。
我们需要回顾一下 MSDN 中的代码。在参考信息中，我们发现 Beep() 是在 kernel32.lib 中定义的。
这意味着运行时代码包含在 kernel32.dll 中。我们在原型中添加 DllImport 属性将这一信息告诉运行时：
- [DllImport("kernel32.dll")]
这就是我们要做的全部工作。下面是一个完整的示例，它生成的随机声音在二十世纪六十年代的科幻电影中很常见。
- usingSystem;
- usingSystem.Runtime.InteropServices;
- namespaceBeep
- {
- classClass1
- {
- [DllImport("kernel32.dll")]
- publicstaticexternboolBeep(
- intfrequency,intduration);
- staticvoidMain(string[]args)
- {
- Randomrandom=newRandom();
- for(inti=0;i〈 10000;i++)
- {
- Beep(random.Next(10000),100);
- }
- }
- }
- }
它的声响足以刺激任何听者！由于 DllImport 允许您调用 Win32 中的任何代码，因此就有可能调用恶意代码。所以您必须是完全受信任的用户，运行时才能进行 P/Invoke 调用。
枚举和常量
Beep() 可用于发出任意声音，但有时我们希望发出特定类型的声音，因此我们改用 MessageBeep()。MSDN 给出了以下原型：
- BOOL MessageBeep(
- UINT uType // 声音类型
- );
这看起来很简单，但是从注释中可以发现两个有趣的事实。
首先，uType参数实际上接受一组预先定义的常量。
其次，可能的参数值包括-1，这意味着尽管它被定义为uint类型，但int会更加适合。
对于uType参数，使用enum类型是合乎情理的。MSDN列出了已命名的常量，但没有就具体值给出任何提示。由于这一点，我们需要查看实际的API。
如果您安装了VisualStudio?和C++，则PlatformSDK位于\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio.NET\Vc7\PlatformSDK\Include下。
为查找这些常量，我在该目录中执行了一个findstr。
findstr"MB_ICONHAND"*.h
它确定了常量位于winuser.h中，然后我使用这些常量来创建我的enum和原型：
- publicenumBeepType
- {
- SimpleBeep=-1,
- IconAsterisk=0x00000040,
- IconExclamation=0x00000030,
- IconHand=0x00000010,
- IconQuestion=0x00000020,
- Ok=0x00000000,vd;k;lwww.it55.comrdfg
- }
- [DllImport("user32.dll")]
- publicstaticexternboolMessageBeep(
- BeepTypebeepType);
- 现在我可以用下面的语句来调用它：
- MessageBeep(BeepType.IconQuestion);
- 处理结构
- 有时我需要确定我笔记本的电池状况。
- Win32为此提供了电源管理函数。
- 搜索MSDN可以找到GetSystemPowerStatus()函数。
- BOOLGetSystemPowerStatus(
- LPSYSTEM_POWER_STATUSlpSystemPowerStatus
- );
此函数包含指向某个结构的指针，我们尚未对此进行过处理。要处理结构，我们需要用 C# 定义结构。我们从非托管的定义开始：
- typedefstruct_SYSTEM_POWER_STATUS{
- BYTEACLineStatus;
- BYTEBatteryFlag;
- BYTEBatteryLifePercent;
- BYTEReserved1;
- DWORDBatteryLifeTime;
- DWORDBatteryFullLifeTime;
- }SYSTEM_POWER_STATUS,*LPSYSTEM_POWER_STATUS;
- 然后，通过用C#类型代替C类型来得到C#版本。
- structSystemPowerStatus
- {
- byteACLineStatus;
- bytebatteryFlag;
- bytebatteryLifePercent;
- bytereserved1;
- intbatteryLifeTime;
- intbatteryFullLifeTime;
- }
#p#
这样，就可以方便地编写出 C# 原型：
- [DllImport("kernel32.dll")]
- public static extern bool
- GetSystemPowerStatus(
- ref SystemPowerStatus systemPowerStatus);
在此原型中，我们用“ref”指明将传递结构指针而不是结构值。这是处理通过指针传递的结构的一般方法。
此函数运行良好，但是最好将 ACLineStatus 和 batteryFlag 字段定义为 enum：
- enumACLineStatus:byte
- {
- Offline=0,
- Online=1,
- Unknown=255,
- }
- enumBatteryFlag:byte
- {
- High=1,
- Low=2,
- Critical=4,
- Charging=8,
- NoSystemBattery=128,
- Unknown=255,
- }
请注意，由于结构的字段是一些字节，因此我们使用 byte 作为该 enum 的基本类型。
C# Win32类库字符串示例
虽然只有一种 .NET 字符串类型，但这种字符串类型在非托管应用中却有几项独特之处。可以使用具有内嵌字符数组的字符指针和结构，其中每个数组都需要正确的封送处理。
在 Win32 中还有两种不同的字符串表示：
ANSI
Unicode
最初的 Windows 使用单字节字符，这样可以节省存储空间，但在处理很多语言时都需要复杂的多字节编码。Windows NT? 出现后，它使用双字节的 Unicode 编码。为解决这一差别，Win32 API 采用了非常聪明的做法。它定义了 TCHAR 类型，该类型在 Win9x 平台上是单字节字符，在 WinNT 平台上是双字节 Unicode 字符。对于每个接受字符串或结构（其中包含字符数据）的函数，Win32 API 均定义了该结构的两种版本，用 A 后缀指明 Ansi 编码，用 W 指明 wide 编码（即 Unicode）。如果您将 C++ 程序编译为单字节，会获得 A 变体，如果编译为 Unicode，则获得 W 变体。Win9x 平台包含 Ansi 版本，而 WinNT 平台则包含 W 版本。
由于 P/Invoke 的设计者不想让您为所在的平台操心，因此他们提供了内置的支持来自动使用 A 或 W 版本。如果您调用的函数不存在，互操作层将为您查找并使用 A 或 W 版本。
通过示例能够很好地说明字符串支持的一些精妙之处。
简单字符串
下面是一个接受字符串参数的函数的简单示例：
- BOOL GetDiskFreeSpace(
- LPCTSTR lpRootPathName, // 根路径
- LPDWORD lpSectorsPerCluster, // 每个簇的扇区数
- LPDWORD lpBytesPerSector, // 每个扇区的字节数
- LPDWORD lpNumberOfFreeClusters, // 可用的扇区数
- LPDWORD lpTotalNumberOfClusters // 扇区总数
- );
根路径定义为 LPCTSTR。这是独立于平台的字符串指针。
由于不存在名为 GetDiskFreeSpace() 的函数，封送拆收器将自动查找“A”或“W”变体，并调用相应的函数。我们使用一个属性来告诉封送拆收器，API 所要求的字符串类型。
以下是该函数的完整定义，就象我开始定义的那样：
- [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，当我试图运行时，该函数不能执行。问题在于，无论我们在哪个平台上，封送拆收器在默认情况下都试图查找 API 的 Ansi 版本，由于 LPTStr 意味着在 Windows NT 平台上会使用 Unicode 字符串，因此试图用 Unicode 字符串来调用 Ansi 函数就会失败。
有两种方法可以解决这个问题：一种简单的方法是删除 MarshalAs 属性。如果这样做，将始终调用该函数的 A 版本，如果在您所涉及的所有平台上都有这种版本，这是个很好的方法。但是，这会降低代码的执行速度，因为封送拆收器要将 .NET 字符串从 Unicode 转换为多字节，然后调用函数的 A 版本（将字符串转换回 Unicode），最后调用函数的 W 版本。
要避免出现这种情况，您需要告诉封送拆收器，要它在 Win9x 平台上时查找 A 版本，而在 NT 平台上时查找 W 版本。要实现这一目的，可以将 CharSet 设置为 DllImport 属性的一部分：
- [DllImport("kernel32.dll", CharSet = CharSet.Auto)]
在我的非正式计时测试中，我发现这一做法比前一种方法快了大约百分之五。
对于大多数 Win32 API，都可以对字符串类型设置 CharSet 属性并使用 LPTStr。但是，还有一些不采用 A/W 机制的函数，对于这些函数必须采取不同的方法。
字符串缓冲区
.NET 中的字符串类型是不可改变的类型，这意味着它的值将永远保持不变。对于要将字符串值复制到字符串缓冲区的函数，字符串将无效。这样做至少会破坏由封送拆收器在转换字符串时创建的临时缓冲区；严重时会破坏托管堆，而这通常会导致错误的发生。无论哪种情况都不可能获得正确的返回值。
要解决此问题，我们需要使用其他类型。StringBuilder 类型就是被设计为用作缓冲区的，我们将使用它来代替字符串。下面是一个示例：
- [DllImport("kernel32.dll",CharSet=
- CharSet.Auto)]
- publicstaticexternintGetShortPathName(
- [MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
- stringpath,
- [MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
- StringBuildershortPath,
- intshortPathLength);
- 使用此函数很简单：
- StringBuildershortPath=
- newStringBuilder(80);
- intresult=GetShortPathName(@"d:\test.
- jpg",shortPath,shortPath.Capacity);
- strings=shortPath.ToString();
请注意，StringBuilder 的 Capacity 传递的是缓冲区大小。
#p#
具有内嵌字符数组的结构
某些函数接受具有内嵌字符数组的结构。例如，GetTimeZoneInformation() 函数接受指向以下结构的指针：
- 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# 中使用它需要有两种结构。一种是 SYSTEMTIME，它的设置很简单：
- 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;
- }
这里没有什么特别之处；另一种是 TimeZoneInformation，它的定义要复杂一些：
- [StructLayout(LayoutKind.Sequential,
- CharSet=CharSet.Unicode)]
- structTimeZoneInformation
- {
- publicintbias;
- [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr,
- SizeConst=32)]
- publicstringstandardName;
- SystemTimestandardDate;
- publicintstandardBias;
- [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr,
- SizeConst=32)]
- publicstringdaylightName;
- SystemTimedaylightDate;
- publicintdaylightBias;
- }
此定义有两个重要的细节。第一个是 MarshalAs 属性：
- [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)]
查看ByValTStr的文档，我们发现该属性用于内嵌的字符数组；另一个是SizeConst，它用于设置数组的大小。
我在第一次编写这段代码时，遇到了执行引擎错误。通常这意味着部分互操作覆盖了某些内存，表明结构的大小存在错误。我使用Marshal.SizeOf()来获取所使用的封送拆收器的大小，结果是108字节。我进一步进行了调查，很快回忆起用于互操作的默认字符类型是Ansi或单字节。而函数定义中的字符类型为WCHAR，是双字节，因此导致了这一问题。
我通过添加StructLayout属性进行了更正。结构在默认情况下按顺序布局，这意味着所有字段都将以它们列出的顺序排列。CharSet的值被设置为Unicode，以便始终使用正确的字符类型。
经过这样处理后，该函数一切正常。您可能想知道我为什么不在此函数中使用CharSet.Auto。这是因为，它也没有A和W变体，而始终使用Unicode字符串，因此我采用了上述方法编码。
C# Win32类库：具有回调的函数
当Win32函数需要返回多项数据时，通常都是通过回调机制来实现的。开发人员将函数指针传递给函数，然后针对每一项调用开发人员的函数。
在C#中没有函数指针，而是使用“委托”，在调用Win32函数时使用委托来代替函数指针。
EnumDesktops()函数就是这类函数的一个示例：
- BOOL EnumDesktops(
- HWINSTA hwinsta,// 窗口实例的句柄
- DESKTOPENUMPROC lpEnumFunc,// 回调函数
- LPARAM lParam// 用于回调函数的值
- );
- HWINSTA 类型由 IntPtr 代替，
- 而 LPARAM 由 int 代替。DESKTOPENUMPROC
- 所需的工作要多一些。下面是 MSDN 中的定义：
- BOOL CALLBACK EnumDesktopProc(
- LPTSTR lpszDesktop,// 桌面名称
- LPARAM lParam// 用户定义的值
- );
- 我们可以将它转换为以下委托：
- delegate bool EnumDesktopProc([
- MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)]
- string desktopName,int lParam);
- 完成该定义后，我们可以为 EnumDesktops()
- 编写以下定义：
- [DllImport("user32.dll", CharSet =
- CharSet.Auto)]
- static extern bool EnumDesktops(
- IntPtr windowStation,
- EnumDesktopProc callback,
- int lParam);
这样该函数就可以正常运行了。
在互操作中使用委托时有个很重要的技巧：封送拆收器创建了指向委托的函数指针，该函数指针被传递给非托管函数。但是，封送拆收器无法确定非托管函数要使用函数指针做些什么，因此它假定函数指针只需在调用该函数时有效即可。
结果是如果您调用诸如SetConsoleCtrlHandler()这样的函数，其中的函数指针将被保存以便将来使用，您就需要确保在您的代码中引用委托。如果不这样做，函数可能表面上能执行，但在将来的内存回收处理中会删除委托，并且会出现错误。
#p#
其他高级函数
迄今为止我列出的示例都比较简单，但是还有很多更复杂的Win32函数。下面是一个示例：
- DWORDSetEntriesInAcl(
- ULONGcCountOfExplicitEntries,//项数
- PEXPLICIT_ACCESSpListOfExplicitEntries,//缓冲区
- PACLOldAcl,//原始ACL
- PACL*NewAcl//新ACL
- );
前两个参数的处理比较简单：ulong很简单，并且可以使用UnmanagedType.LPArray来封送缓冲区。
但第三和第四个参数有一些问题。问题在于定义ACL的方式。ACL结构仅定义了ACL标头，而缓冲区的其余部分由ACE组成。ACE可以具有多种不同类型，并且这些不同类型的ACE的长度也不同。
如果您愿意为所有缓冲区分配空间，并且愿意使用不太安全的代码，则可以用C#进行处理。但工作量很大，并且程序非常难调试。而使用C++处理此API就容易得多。
属性的其他选项
DLLImport和StructLayout属性具有一些非常有用的选项，有助于P/Invoke的使用。下面列出了所有这些选项：
DLLImport
CallingConvention
您可以用它来告诉封送拆收器，函数使用了哪些调用约定。您可以将它设置为您的函数的调用约定。通常，如果此设置错误，代码将不能执行。但是，如果您的函数是Cdecl函数，并且使用StdCall（默认）来调用该函数，那么函数能够执行，但函数参数不会从堆栈中删除，这会导致堆栈被填满。
CharSet
控制调用A变体还是调用W变体。
EntryPoint
此属性用于设置封送拆收器在DLL中查找的名称。设置此属性后，您可以将C#函数重新命名为任何名称。
ExactSpelling
将此属性设置为true，封送拆收器将关闭A和W的查找特性。
PreserveSig
COM互操作使得具有最终输出参数的函数看起来是由它返回的该值。此属性用于关闭这一特性。
SetLastError
确保调用Win32APISetLastError()，以便您找出发生的错误。
StructLayout
LayoutKind
结构在默认情况下按顺序布局，并且在多数情况下都适用。如果需要完全控制结构成员所放置的位置，可以使用LayoutKind.Explicit，然后为每个结构成员添加FieldOffset属性。当您需要创建union时，通常需要这样做。
CharSet
控制ByValTStr成员的默认字符类型。
Pack
设置结构的压缩大小。它控制结构的排列方式。如果C结构采用了其他压缩方式，您可能需要设置此属性。
Size
设置结构大小。不常用；但是如果需要在结构末尾分配额外的空间，则可能会用到此属性。
从不同位置加载
您无法指定希望DLLImport在运行时从何处查找文件，但是可以利用一个技巧来达到这一目的。
DllImport调用LoadLibrary()来完成它的工作。如果进程中已经加载了特定的DLL，那么即使指定的加载路径不同，LoadLibrary()也会成功。
这意味着如果直接调用LoadLibrary()，您就可以从任何位置加载DLL，然后DllImportLoadLibrary()将使用该DLL。
由于这种行为，我们可以提前调用LoadLibrary()，从而将您的调用指向其他DLL。如果您在编写库，可以通过调用GetModuleHandle()来防止出现这种情况，以确保在首次调用P/Invoke之前没有加载该库。
P/Invoke疑难解答
如果您的P/Invoke调用失败，通常是因为某些类型的定义不正确。以下是几个常见问题：
1.long!=long。在C++中，long是4字节的整数，但在C#中，它是8字节的整数。
2.字符串类型设置不正确。
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