如何在C#中直接操作C++结构体

　　在C#中调用C++或系统DLL是比较常见的操作。
　　例如C++中定义的以下结构体：

struct RCEStruct {
 int Event;   
 int Flag;     
 char User[40];
};

　　同时有一个公开方法：
　　extern "C" __declspec WORD CALLBACK GetStruct(RCEStruct* pEventStruc);
　　我们将它编译为 MyCppDll.DLL

　　那么我们在C#中可以直接定义相同的结构体和引用GetStruct:

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct RCEStruct {
    public int Event;
    public int Flag;
    public char[40] User;
}

[DllImport("MyCppDll.dll", CharSet=CharSet.Auto)]
public static extern int GetStruct(RCEStruct rce);

　　注意C#里定义的结构体应该和C++里定义的一样。这里如果是public string User就有可能出错(具体我没试过，不知道C#是否会自动将char[]转变为string，另外还要注意，在C#中为User赋值时，长度不应超过40)。
　　通过这种方式我们就可以向C++传递或者获得结构体。但一个限制就是必须在C#端主动调用GetStruct()

　　还有一种情况，与上一种相反，就是我们不是希望在C#中调用C++类库，而是想在C++类库中调用我们已经写好的C#类库。这在托管C++里是可以实现的。其中一个应用案例就是在为第三方系统写C++插件的时候，我们必须在插件端主动调用C#类库（前提是我们需要使用它，除非我们完全用C++代码来写这个插件）。
　　这样的话我们应该是在C#类库公开方法，例如：

public struct RCEStruct {
    public int Event;
    public int Flag;
    public string User;
}

public void DoSomething(RCEStruct rce){
    rce.Flag++;
}

　　假定编译成 MyCSharpDll.DLL
　　C++端代码如下：

#using   <mscorlib.dll>
#using   <CuteSuProc.dll>

void SomeMethod(RCEStruct* pEventStruc){
    // 将C++结构体赋值到C#结构体
    MyCSharpDll::RCEStruct* csStruct;
    csStruct->Event = pEventStruc.Event;
    csStruct->Flag = pEventStruc.Flag;
    // csStruct->User ?? 将char转换成string，在C++里如何处理？

    MyCSharpDll::DoSomething(csStruct);

    // 将C#结构体赋值到C++结构体
    // 因为 pEventStruc 由外界传入，被 DoSomething 方法修改后，可能仍需要外界知道
    pEventStruc->Event = csStruct.Event;
    pEventStruc->Flag = csStruct.Flag;
    // pEventStruc->User ?? 将string转换成char[]
}

　　托管C++在处理.NET类库时，有些细节是很繁琐的，让人觉得有些晕乎。譬如很多地方要加__gc修饰符。还有像数组，字符串的转换都比较麻烦。所以上面代码可能会有些小错误。但大致意思就是这样。很明显，这样的做法非常麻烦。对结构体进行操作前，我们进行一次赋值，操作后，又进行一次赋值。
　　有没有办法直接让C#操作原始的结构体呢？就像C#中操作C++一样，不需要通过一个中间人？能不能直接这样：

#using   <mscorlib.dll>
#using   <CuteSuProc.dll>

void SomeMethod(RCEStruct* pEventStruc){
    MyCSharpDll::DoSomething(pEventStruc);
}

　　答案是否定的。我们没有办法直接将C++里的 RCEStruct转换为 C#里的 RCEStruct。

　　那么还剩一种方法，就是直接对内存进行操作。因为是结构体，他们肯定是保存在连续内存空间中的。
　　我们先来看看C#中如何操作内存，也就是非托管的数据。这需要引用System.Runtime.InteropServices命名空间。该命名空间下的Marshal的一些静态方法提供了这样的功能：

Marshal.ReadInt32()            //从指定内存地址读取4位
Marshal.PtrToStringAnsi()    //从指定内存地址读取字符串
Marshal.WriteInt32()        //将整数写到指定内存地址
Marshal.WriteByte()            //将字符串写到指定内存地址

　　我们来看看具体的代码：

using System;
using System.Text;
using System.Runtime.InteropServices;

internal sealed class RCEvent {
    public int Event;
    public int Flag;
    public string User;
};

internal sealed class RCEventAgent {
    internal static RCEvent Read(IntPtr ptr){
        RCEvent Event = new RCEvent();
        
        Event.Event = ReadEvent(ptr);
        Event.Flag = ReadFlag(ptr);
        Event.User = ReadUser(ptr);

        return Event;
    }

    internal static int ReadEvent(IntPtr basePtr) {
        return Marshal.ReadInt32(basePtr);
    }
    internal static int ReadFlag(IntPtr basePtr) {
        return Marshal.ReadInt32(basePtr,4);
    }
    internal static string ReadUser(IntPtr basePtr) {
        return Marshal.PtrToStringAnsi(new IntPtr(basePtr.ToInt32() + 8));
    }

    internal static void Write(ClientEvent Event,IntPtr ptr) {
        WriteEvent(ptr,Event.Event);
        WriteFlag(ptr,Event.Flag);
        WriteUser(ptr,Event.User);
    }

    internal static void WriteEvent(IntPtr basePtr,int value) {
        Marshal.WriteInt32(basePtr,value);
    }
    internal static void WriteFlag(IntPtr basePtr,int flag) {
        Marshal.WriteInt32(basePtr,4,flag);
    }
    internal static void WriteUser(IntPtr basePtr,string user) {
        WriteString(basePtr,user,8,40);
    }
    private static void WriteString(IntPtr basePtr,string value,int offset,int length) {
        int pos = 0;
        byte[] bytes = Encoding.Default.GetBytes(value);
        while(pos < length) {
            if (pos < bytes.Length)
                Marshal.WriteByte(basePtr,offset,bytes[pos]);
            else
                Marshal.WriteByte(basePtr,offset,0);

            pos ++;
            offset ++;
        }
    }
}

　　这样我们就可以通过ReadEvent和WriteEvent直接在c#中处理该结构体。或者通过 ReadXXX() 和 WriteXXX() 直接修改其字段。

public void DoSomething(IntPtr ptr){
    RCEvent Event = RCEventAgent.Read(ptr);
    Event.Flag ++;
    RCEventAgent.Write(ptr, Event);

    // 或者以下代码
    // RCEventAgent.WriteFlag( ptr, RCEventAgent.ReadFlag(ptr) + 1 );
}

　　C++中则可以直接将结构体地址传给C#：

#using   <mscorlib.dll>
#using   <CuteSuProc.dll>

void SomeMethod(RCEStruct* pEventStruc){
    MyCSharpDll::DoSomething(pEventStruc);
}