P/Invoke C++ DLL 用于填充托管缓冲区

Question

基本上，我有一个用于研究的数据采集设备的 DLL 和头文件 (C++)。该设备有 8 个传感器，每个传感器都有 x、y、z 等数据点。我想在 WPF 中为此设备创建一个 UI 程序。到目前为止，我已经成功地能够通过不安全的代码实现与 .NET 中的设备进行通信，并将数据读入结构数组（其中每个结构对应于一个传感器）。但是，我想看看是否可以使用严格安全的代码实现来使其工作，但是我现在已经碰壁了一段时间。这是我第一次使用非托管代码和托管代码，所以请多多包涵。我在网上搜索了无数线程，兔子洞越来越深，所以我想请有经验的人给我一些建议。 API头文件基本上有一个函数，定义如下：

int GetSynchronousRecord(USHORT sensorID, void *pRecord, int recordSize);

本质上，我们通过引用向函数传递了一个缓冲区，然后将其填满。我可以选择获取单个传感器的数据，或者一次获取所有传感器，具体取决于我传递的 sensorID 参数。到目前为止（在托管世界中）已经对我有用的是，如果我执行以下操作：

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD
{
    public double x;     
    public double y; 
    public double z;  
    public double a; 
    public double e;    
    public double r;     
    public double time;
    public ushort quality;
};  

...

[DllImport("ATC3DG64.DLL", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public static extern int GetSynchronousRecord(ushort sensorID, ref DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD record, int recordSize);

...

DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD record = new DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD();
// Get the data from SENSOR_1 only
errorCode = GetSynchronousRecord(1, ref record, Marshal.SizeOf(record));

所以这个实现工作正常，我可以以非常好的速度获取所有坐标数据。但是，我想一次获得所有传感器。在 C++ API 代码示例中，它们向 GetSynchronousRecord 函数传递一个 STRUCTS 数组，每个传感器一个结构。我尝试在 C# 中做同样的事情，如下所示：

[DllImport("ATC3DG64.DLL", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public static extern int GetSynchronousRecord(ushort sensorID, ref DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD[] record, int recordSize);

// Define Array of Struct for each sensor
DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD[] record = new DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD[8];
while(recording) {
...
// Get data from ALL sensors (0xffff)
errorCode = GetSynchronousRecord(0xffff, ref record, Marshal.SizeOf(record)*8);
...
}

但这直接导致我的程序因 System.ExecutionEngineException 错误而崩溃。我已经读过，因为我的函数需要一个 void* 指针，所以我应该使用 IntPtr 参数，但老实说，这种方法似乎很混乱。我尝试的另一件事是实际循环遍历每个传感器并调用传感器的函数，但这会将速度几乎降低到 1 条记录/秒（而不是 100 条记录/秒）。 stackexchange 上的许多其他类似线程都说要使用 out 参数，或者在函数定义中使用 [In, Out] 属性，但这些建议都没有奏效。

TL;DR: 如果我正确理解了我的情况，我有一个 MANAGED 结构数组，我需要正确地将其作为参数传递给 C++ 函数（通过引用传递），然后函数将使用来自数据采集设备的数据填充我的结构。

我为文字/代码墙道歉，非常感谢有经验的人为我提供的任何信息。

编辑：澄清一下，GetSynchronousRecord 函数位于 while 循环中，在每次迭代中，我都会为每个结构获取新的数据点。

Answer 1

您的第二个 p/invoke 声明是错误的。你有

[DllImport("ATC3DG64.DLL", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public static extern int GetSynchronousRecord(
    ushort sensorID, 
    ref DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD[] record, 
    int recordSize
);

问题是数组参数。因为您通过ref 传递该数组，这实际上使其成为双指针。相反，您只想删除 ref 并像这样声明导入：

[DllImport("ATC3DG64.DLL", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public static extern int GetSynchronousRecord(
    ushort sensorID, 
    [Out] DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD[] record, 
    int recordSize
);

[Out] 属性告诉封送器数据正在流出函数。没有它，默认假设是数据流入。

当你调用函数时，这样做：

errorCode = GetSynchronousRecord(0xffff, record, Marshal.SizeOf(record)*record.Length);

Answer 2

最好的方法可能是使用IntPtr 而不是ref DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD。

我会将 P/Invoke 签名更改为：

[DllImport("ATC3DG64.DLL", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public static extern int GetSynchronousRecord(ushort sensorID, IntPtr record, int recordSize);

创建一个指向所需内存空间的 IntPtr：

IntPtr ptr = Marshal.AllocHGlobal(Marshal.SizeOf<DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD>() * 8);

调用 P/Invoke 函数（它应该用结构填充内存）：

errorCode = GetSynchronousRecord(0xffff, ptr, Marshal.SizeOf<DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD>() * 8);

从内存块中获取结构：

DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD[] records = new DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD[8];
for (i = 0; i < 8; i++) {
     records[i] = Marshal.PtrToStructure<DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD>(IntPtr.Add(ptr, i * Marshal.SizeOf<DOUBLE_POSITION_ANGLES_TIME_Q_RECORD>()));
}
Marshal.FreeHGlobal(ptr);