PInvoke：在C++中分配内存，在C#中释放

Question

我们正在使用PInvoke在C#和C++之间进行交互。

我有一个交互结构体如下，另一侧有一个相同布局的C++结构体。

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct MeshDataStruct : IDisposable
{
    public MeshDataStruct(double[] vertices, int[] triangles , int[] surfaces)
    {
        _vertex_count = vertices.Length / 3;
        _vertices = Marshal.AllocHGlobal(_vertex_count*3*sizeof (double));
        Marshal.Copy(vertices, 0, _vertices, _vertex_count);
    }

    // .. extract data methods to double[] etc.

    private IntPtr _vertices;
    private int _vertex_count;

    public void Dispose()
    {
        if (_vertices != IntPtr.Zero)
        {
            Marshal.FreeHGlobal(_vertices);
            _vertices = IntPtr.Zero;
        }
    }
}

现在我想添加第二个构造函数。

    public MeshDataStruct(bool filled_in_by_native_codee)
    {
        _vertex_count = 0;
        _vertices = IntPtr.Zero;
    }

然后在C++中编写一个方法，允许C++填充数据。这将使我们可以使用相同的结构来处理输入和输出数据……

但据我所知，AllocHGlobal 在C#和C++/Cli中可用，但在纯C++中不可用。

那么我的问题是：如何在C++中分配内存，以便我可以通过调用 Marshal.FreeHGlobal(...) 在C#端安全释放它？

- Wilbert

---

使用Windows API的GlobalAlloc，LocalAlloc函数和Heap函数：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa366711%28v=vs.85%29.aspx。此外，我不建议让两种不同的语言尝试弄清楚彼此如何分配或释放内存。让每种语言负责自己的内存，唯一可能的例外是使用我之前提到的Windows API堆分配函数。 - PaulMcKenzie

Answer 1

根据文档，AllocHGlobal是Marshal类中的两种内存分配方法之一（另一个是Marshal.AllocCoTaskMem）。此方法公开了Kernel32.dll中的Win32 LocalAlloc函数。当AllocHGlobal调用LocalAlloc时，它传递了LMEM_FIXED标志，这会导致分配的内存固定在位置上。此外，分配的内存未被填充为零。

因此，您可以从非托管代码调用LocalAlloc来分配内存，并从托管代码中使用Marshal.FreeHGlobal来释放它。同样，可以在非托管代码中使用LocalFree来释放使用Marshal.AllocHGlobal分配的内存。

正如文档所暗示的那样，您也可以使用CoTaskMemAlloc/CoTaskMemFree和Marshal.AllocCoTaskMem/FreeCoTaskMem来执行相同的操作。

尽管如此，使用这种方式设置自己可能会失败。最好保持分配和释放内存的模块相同。混合使用很可能会导致对谁负责释放内存的极大困惑。

- David Heffernan

---

我理解你的观点，但是对我来说，让交互结构体的Dispose始终负责清理工作似乎更加简洁，而不是有一些结构体使用C#清理，另一些则使用C++清理。 - Wilbert

@Wilbert，那为什么不让C#代码知道哪一侧分配了内存，然后通过PInvoke调用C# free或C++ free呢？ - GreatAndPowerfulOz

LocalFree 的文档说明，使用 GlobalAlloc 分配的内存不安全。那么，在托管代码中安全释放使用 Marshal.AllocHGlobal 分配的内存的函数可能是非托管的 GlobalFree？ - ceztko

@ceztko 你可能会这样认为，但是AllocHGlobal的命名是误导性的。正如你可以从我在答案中复制的文档中清楚地看到的那样，AllocHGlobal调用了LocalFree。 - David Heffernan

你肯定是指LocalAlloc，我也在参考源码中验证过了。谢谢，我没有仔细读你的信息。 - ceztko

嗯，是的，我打字太快了！ - David Heffernan

Answer 2

传统上，Microsoft CRT使用HeapCreate()创建自己的堆来服务于C或C++程序中的malloc/new调用，但这种方式通常会导致问题。在C#中无法释放此类内存，因为您没有堆句柄。

然而，从VS2012（msvcr120.dll及以上版本）开始，情况发生了变化。CRT现在使用默认进程堆（由GetProcessHeap()返回）。Marshal.Alloc/FreeHGlobal()也使用该堆。因此，只要本地代码不使用调试分配器(crtdbg.h)，您就有机会进行操作。但请小心放弃调试选项。

pinvoke marshaller未被更改，也无法更改。如果它必须释放内存，例如作为函数返回值返回的数组或字符串，则会调用CoTaskMemFree()。从您的问题中无法确定哪种情况适用。如果存在疑问并且您在本地代码中有选择，则使用CoTaskMemAlloc()和Marshal.FreeCoTaskMem()相配合是一个不错的选择。

- Hans Passant