用C++/CLI搭建C++和C#之间的桥梁

 

一、简单用法
C#和C++是非常相似的两种语言，然而我们却常常将其用于两种不同的地方，C#得益于其简洁的语法和丰富的类库，常用来构建业务系统。C++则具有底层API的访问能力和拔尖的执行效率，往往用于访问底层模块和构建有性能要求的算法。
这两种场景看起来有较大的差异，大多数的时候可以各行其道。但还是有很多时候会出现融合的情况。当我们构建分布式系统的时候，由于RPC机制一般都是语言无关的，我们大可以将其各尽所长，按需划分在最能发挥其长处的位置。然而，一旦我们需要构建融合两者需求的集中式系统的时候，就会头痛无比。
此时，我们可以使用C++/CLI搭建C++和.Net之间的桥梁，C++/CLI是一个比较有意思的两栖模块，它具有如下特点
既可以访问.Net类库，也可以访问C++原生类库
既可以被.Net程序引用，也可以被C++原生程序引用
使用C++/CLI，我们可以使用C++编写算法，用C#编写界面，也可以使用.Net Framework类库增强C++程序功能，各取所长。关于的优点，园子里有篇文章介绍的比较详细，值得一读：从C++到C++/CLI。
下面我们就以一个简单的例子来演示一下它的用法：
Calculator.h：

    #pragma once

    namespace CppCliTest
    {
        public ref class Calculator
        {
        public:
            int Add(int a, int b);
        };
    }

 
Calculator.cpp

    #include "stdafx.h"
    #include "Calculator.h"

    namespace CppCliTest
    {
        int Calculator::Add(int a, int b)
        {
            return a + b;
        }
    }

 
main.cpp

    #include "stdafx.h"
    #include "Calculator.h"

    using namespace System;
    using namespace CppCliTest;

    int main(array<System::String ^> ^args)
    {
        Calculator^ calculator = gcnew Calculator();
        int result = calculator->Add(3, 2);

        Console::WriteLine(L"Result is {0}", result);
        return 0;
    }

 
从这个例子中，我们可以简单的管中窥豹的看看C++/CLI是在C++的基础上扩充了一套语法，使其具有访问.Net原始的功能，这里用到的有：
使用ref class声明CLI引用类型（C#中的class）
使用^（例如如这里的String ^）来定义CLI引用类型
使用gcnew创建CLI的引用类型
具体的功能我将在后面的文章中再做介绍，MSDN中也有文档详细的介绍了这些语法：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms235289.aspx
虽然C++/CLI同时具有两者的功能，但它使得本就比较复杂的C++语法变得更加复杂了（特别是初期的版本，非常复杂，现在已经简化了不少了），并且长期没有得到VisualStudio这宇宙第一IDE的较好支持（在VS2010的时候还不支持智能提示），是无法与拥有大量语法糖的C#比开发效率的。加上大多数需求场景可以通过分布式系统解决，这些都导致了它一直没有得到太多的关注。但是，微软还是在积极的改进它的，加上C++11的支持，现在已经比之前好用多了，如果用在合适的位置，是绝对能让你的开发如鱼得水的。
二、复杂用法
对于如下C#代码：
System.Object x = new System.Object();
其在C++/CLI中的等价代码如下：
 
System::Object^ x = gcnew System::Object();
和传统的C++创建的语法比较下，
  
 P* x = new P();
 
我们不难发现，对于托管对象，主要引入了如下两个语法：
用gcnew代替new实现托管对象的创建
用^代替*实现托管对象的指针
这种方式创建的对象是可以直接被CLR支持的，可以在C#中使用。托管对象指针使用的方式和传统的对象指针还是比较类似的，直接使用->即可：
    System::Object^ x = gcnew System::Object();
    auto str = x->ToString();
另外，C++/CLI也有一种类似于C++的对托管对象的引用的语法：
    System::Object^ x = gcnew System::Object();
    System::Object% y = *x;
    auto str = y.ToString();
由于这种方式在C#里没有对应的语法，用起来感觉怪怪的，也不方便于其它.net语言集成。
 
托管类型的定义
我们也可以自定义托管类型，在CLR中，托管类型是分为引用类型（class）和值类型（struct）的，在C++/CLI中的分别定义方式如下：
引用类型：
    public ref class MyClass
    {
    };
值类型：
    public value class MyClass
    {
    };
在ISO C++中类定义中加上了ref或value标记为托管类型，还算比较容易使用。
 
枚举
枚举的定义和C++11的enum class一样，它像数字那样可以同时应用于托管类型和非托管类型。
   
public enum class SomeColors { Red, Yellow, Blue };
或者更精确的表示：
public enum class SomeColors : char { Red, Yellow, Blue };
 
数组
C++/CLI中新增了array<T> ^的方式定义数组。
array<int> ^a = gcnew array<int>(100) { 1, 2, 3 };
或者使用它的完整版：
cli::array<int> ^a = gcnew cli::array<int> {1, 2, 3};
不定参数
对于C#中的不定参数的语法：
void foo(params string[] args)
在C++/CLI中对应的版本为：
void foo(... array<String^>^ args)
 三、基本类型
数值类型
对于基本的数值类型，在C++/CLI中是可以直接映射为托管类型的数值的，可以同时应用于托管类型和非托管类型，编译器会将其自动转换。

 

基本类型
System命名空间中对应的类
注释/用法
bool
System::Boolean
bool dirty = false;
char
System::SByte
char sp = ' ';
signed char
System::SByte
signed char ch = -1;
unsigned char
System::Byte
unsigned char ch = '';
wchar_t
System::Char
wchar_t wch = ch;
short
System::Int16
short s = ch;
unsigned short
System::UInt16
unsigned short s = 0xffff;
int
System::Int32
int ival = s;
unsigned int
System::UInt32
unsigned int ui = 0xffffffff;
long
System::Int32
long lval = ival;
unsigned long
System::UInt32
unsigned long ul = ui;
long long
System::Int64
long long etime = ui;
unsigned long long
System::UInt64
unsigned long long mtime = etime;
float
System::Single
float f = 3.14f;
double
System::Double
double d = 3.14159;
long double
System::Double
long double d = 3.14159L;
 
字符串
字符串CLI已经内置了：System::String，但C++的常用字符串有char*、wchar_t*、std::string等好多种，编译器提供了char*、wchar_t*到System::String的自动转换：
    System::String^ s = "hello worold";
    System::String^ s2 = L"hello worold";
另外，也可以使用gcnew创建托管字符串：
    System::String^ s = gcnew String("hello worold");
但是，对于System::String转char*，系统没有直接的语法支持。方法有很多种，我通常使用如下方式来转换：
    IntPtr ip = Marshal::StringToHGlobalAnsi(str);
    const char* ch = static_cast<const char*>(ip.ToPointer());
    //do something with ch
    Marshal::FreeHGlobal(ip);
这里有个需要注意的地方是在使用完转换出来的const char*后需要释放掉转换过程中的Intptr，如果没有太多需要考虑性能的地方，大可以使用一个std::string将其拷贝走，写成如下函数形式： 

#include <string>

    using namespace std;
    using namespace System;
    using namespace System::Runtime::InteropServices;

    string cast_to_string(String^ str)
    {
        IntPtr ip = Marshal::StringToHGlobalAnsi(str);
        const char* ch = static_cast<const char*>(ip.ToPointer());
        string stdStr = ch;
        Marshal::FreeHGlobal(ip);

        return stdStr;
    }

四、网络资源
关于C++/CLI的基础，我前面已经写过了几篇文章介绍过一些了，不过这些基本上都是管中窥豹，如果要详细了解C++/CLI，MSDN无疑是最好的教程。
使用 C++ 互操作（隐式 PInvoke）
Visual C++ 中的 .NET 编程
如果需要在MFC中使用.net控件的话，可以参考如下三篇文章：
在 MFC 对话框中承载 Windows 窗体用户控件
以 MFC 视图的形式承载 Windows 窗体用户控件
以 MFC 对话框的形式承载 Windows 窗体用户控件
此外，MSDN文章如何实现 C++ 互操作 上有更加详细的文章索引。后面有空的话，我会继续继写一些相关的介绍文章的。