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

1. 既可以访问.Net类库，也可以访问C++原生类库
2. 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：

1. 用gcnew代替new实现托管对象的创建
2. 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 = '\0';
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。

1. 使用 C++ 互操作（隐式 PInvoke）
2. 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：

1. 在 MFC 对话框中承载 Windows 窗体用户控件
2. 以 MFC 视图的形式承载 Windows 窗体用户控件
3. 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。