如何在C++和C#之间传递对象引用

Question

有没有办法通过本机互操作将C＃对象引用（类类型，而不是结构体）传递到和从C ++中传出？

这是我的用例：

我正在尝试使用C＃编写游戏引擎，但希望使用本机（C ++）物理库。物理库维护所有物理体的内部状态，并允许用户将少量数据（指针）与每个物体相关联。在物理模拟时刻之后，该库提供了移动的所有物理体的列表。我想遍历此列表并将所有更改转发给相应的C＃对象。

问题是：在C++中将C＃对象与相应的物理体关联起来的最佳方法是什么？

我可以想到几种方法：

1. 给每个物理体一个ID，将ID与C ++中的物理体相关联，并维护ID到C＃对象的相应映射。即使有优化的映射机制，这对我来说似乎也是不必要的间接方式。

2. 利用编组C＃委托（可以隐式引用C＃对象实例）为C ++函数指针。这可能是最好的方法；我不知道C＃如何实现委托以及这会带来什么类型的开销。

3. 查找一些其他方式来引用C＃对象并将该引用与每个本机物理体相关联。

是否有像选项3这样的机制我不知道？由于我想支持没有C++ / CLI的平台，因此C ++ / CLI不是一个选项。

- jbatez

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如果 C++/CLI 不是一个选项，那么 P/Invoke 就是下一个要考虑的事情。通过 P/Invoke 引用 C#对象并不是真正可行的，委托也可能会很困难甚至不可能，但是或许你能从中得到一些东西。 - citykid

是的，P/Invoke 就是我所说的“本地互操作”的意思；我不知道它有一个名字。使用 P/Invoke 将 C# 委托传递到 C++ 中作为函数指针是完全可行的，只是我不知道它会有什么样的开销。 https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/367eeye0.aspx - jbatez

发现另一个回答描述了委托的一些（被认为的）性能特征。 https://dev59.com/T3I95IYBdhLWcg3w8iz1#2082975 也许使用它们是实现这个的最佳方式。在C++中遍历已更改的数据列表时，只需为每个调用相应的委托，将新数据传递到C#环境中。 - jbatez

Pinvoke是朝着错误的方向发展，虽然从C#调用本地代码很有帮助，但反过来就不行了。以跨平台的方式让本地C++了解外部类型系统是不可能的。微软通过COM和C++/CX做得很好，但*nix用户不会使用它，因为他们认为这不是自己发明的。 - Hans Passant

C++代码实际上不需要了解C#类型系统的任何信息；在这种情况下，它可以返回一个不透明指针给C#来完成工作。只需要一些东西来表示“嘿，你知道我说的那个东西吗？”我想这只是因为垃圾回收和重定位而不可用。 - jbatez

Answer 1

我建议使用专门为此类情况设计的工具，即System.Runtime.InteropServices.GCHandle。

用法：

输入：

1. 使用GCHandleType.Normal或GCHandleType.Weak为您的CLR对象分配GCHandle。 2. 通过GCHandle.ToIntPtr将GCHandle转换为IntPtr。 3. 将该IntPtr作为您提到的userdata指针传递到C++侧。

输出：

1. 从C++一侧获取IntPtr。 2. 通过GCHandle.FromIntPtr将IntPtr转换回GCHandle。 3. 使用GCHandle的Target属性访问原始CLR对象。

当CLR对象不再被C++侧引用（因为C++对象已被销毁或将userdata指针重置为例如IntPtr.Zero）时，请调用GCHandle.Free释放GCHandle。

分配哪种GCHandle类型取决于您是否希望GCHandle保持对象的存活状态（GCHandleType.Normal）还是不想保持对象的存活状态（GCHandleType.Weak）。

- Paul Groke

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在委托的情况下，我可以从C++中调用委托并在C#端使用this来获取对象引用。但这不是重点；在这种情况下拥有对象引用的目的是为了能够调用其方法。如果我可以直接调用该方法，那么就可以完成工作。 - jbatez

我不知道 GCHandle 的相关内容。我会去了解一下。谢谢！ - jbatez

GCHandle似乎正是我所寻找的。如果您去掉答案中的委托部分，我将接受这个答案。 - jbatez

@JoBates 完成了。我不确定删除那部分是否会改善我的答案，但既然我是个贪心的混蛋... :) - Paul Groke

很抱歉只接受有条件的建议。我已经有一种使用委托的方法，我知道它是可行的；真正的问题是“还有更直接的替代方案吗？”，而GCHandle就能完美地回答这个问题。 - jbatez

Answer 2

1. 映射一个唯一标识符可以让你隔离托管代码和非托管代码。如果非托管代码不对托管对象做任何事情，那么最好，因为你无法控制对象的生命周期。
2. 委托作为函数指针是可能的。你只需要定义你的委托类型并创建一个实例。然后，你可以使用Marshal.GetFunctionPointerForDelegate来获取一个地址传递给非托管侧。需要注意的是，你必须确保回调正在使用__stdcall。
3. 直接访问类成员和函数可能是可能的，但没有C++/CLI包装器会很危险。
4. 在C#端分配一块内存并将其传递给C++。在托管端的类中使用属性以适当的偏移量访问这个内存。
5. 使对象COM可见。

另外，记住，在.NET中，AccessViolationException通常是无法捕获的。

- theB

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#4很有趣。我曾考虑为每个对象分配一块内存，但很快就拒绝了这个想法，因为没有办法为每个对象都有一个“固定”的语句。不过，如果它们都共享一个单一的内存块... - jbatez

通过分配一个块，我想到的是类似于Marshal.AllocCoTaskMem或Marshal.AllocHGlobal的东西。 - theB

哇，我不知道这些方法存在。谢谢！我可以想到我的代码中还有几个地方可以用到它们。但是现在我想一想，即使它们不可用，我也可以很容易地自己实现AllocHGlobal和FreeHGlobal。 - jbatez

如果你非常有雄心壮志，你也可以使用任何WinAPI 内存管理函数，并使用p/Invoke。 - theB