如何在C#中使用 Win32和其他库 这一次我们将深入探讨如何在  C#  中使用  Win32  和其他现有库。 

　　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。 

　　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。 

using  System;using  System.Runtime.InteropServices; 

namespace  Beep{class  Class1　{　　　[DllImport("kernel32.dll")]　　　public  static  extern  bool  Beep(int  frequency,  int  duration); 

　　　static  void  Main(string[]  args)　　　{　　　　　Random  random  =  new  Random(); 

　　　　　for  (int  i  =  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  Visual  Studio?  和  C++，则  Platform  SDK  位于  /Program  Files/Microsoft  Visual  Studio  .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： 

public  enum  BeepType{　  SimpleBeep  =  -1,　  IconAsterisk  =  0x00000040,　  IconExclamation  =  0x00000030,　  IconHand  =  0x00000010,　  IconQuestion  =  0x00000020,　  Ok  =  0x00000000,} 

[DllImport("user32.dll")]public  static  extern  bool  MessageBeep(BeepType  beepType);   

　　现在我可以用下面的语句来调用它：  MessageBeep(BeepType.IconQuestion); 

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Re:如何在C#中使用 Win32和其他库 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。 

BOOL  GetSystemPowerStatus(　LPSYSTEM_POWER_STATUS  lpSystemPowerStatus);   

　　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： 

typedef  struct  _SYSTEM_POWER_STATUS  {BYTE　  ACLineStatus;  BYTE　  BatteryFlag;  BYTE　  BatteryLifePercent;  BYTE　  Reserved1;  DWORD　BatteryLifeTime;  DWORD　BatteryFullLifeTime;  }  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。 

struct  SystemPowerStatus{　  byte  ACLineStatus;　  byte  batteryFlag;　  byte  batteryLifePercent;　  byte  reserved1;　  int  batteryLifeTime;　  int  batteryFullLifeTime;}   

　　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： 

　　enum  ACLineStatus:  byte  　　{　　　Offline  =  0,　　　Online  =  1,　　　Unknown  =  255,　　} 

　　enum  BatteryFlag:  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。 

　　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。 

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Re:如何在C#中使用 Win32和其他库 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。 

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Re:如何在C#中使用 Win32和其他库 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。 

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Re:如何在C#中使用 Win32和其他库 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。 

　　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： 

DWORD  SetEntriesInAcl(　ULONG  cCountOfExplicitEntries,　　　　　　//  项数　PEXPLICIT_ACCESS  pListOfExplicitEntries,  //  缓冲区　PACL  OldAcl,　　　　　　　　　　　　　　  //  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  Win32  API  SetLastError()，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  DllImport  LoadLibrary()  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。