在C＃程序设计中使用Win32类库

字符串

　　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)] public static extern int GetShortPathName( 　 [MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)] 　 string path, 　 [MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)] 　 StringBuilder shortPath, 　 int shortPathLength);

　　使用此函数很简单：

StringBuilder shortPath = new StringBuilder(80); int result = GetShortPathName(@"d:\test.jpg", shortPath, shortPath.Capacity); string s = shortPath.ToString();

　　请注意，StringBuilder 的 Capacity 传递的是缓冲区大小。

　　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)] struct TimeZoneInformation { 　 public int bias; 　 [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)] 　 public string standardName; 　 SystemTime standardDate; 　 public int standardBias; 　 [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 32)] 　 public string daylightName; 　 SystemTime daylightDate; 　 public int daylightBias; }

　　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。

　　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。