数组的默认封送处理

项目
05/10/2023

在完全由托管代码组成的应用程序中，公共语言运行时将数组类型作为 In/Out 参数传递。而互操作封送处理程序默认将数组作为 In 参数传递。

使用固定优化，blittable 数组在与同一单元中的对象交互时，可能看上去像是作为 In/Out 参数运行。但是，如果随后将代码导出到用于生成跨计算机代理的类型库，且该库用于跨单元封送调用，则调用可还原为真正的 In 参数行为。

数组本就很复杂，而托管数组和非托管数组之间的差异使它们比其他 blittable 类型具有更多信息。

托管数组

可以有各种托管数组类型；但是，System.Array 类是所有数组类型的基类。 System.Array 类的属性可确定数组的秩、长度、下限和上限，其方法可用于访问、搜索、复制、创建数组以及对数组排序。

这些数组类型是动态类型，在基类库中未定义相应的静态类型。将元素类型和秩的每一种组合视作不同类型的数组非常方便。因此，一维整数数组与一维 double 类型数组是不同的类型。同样，二维整数数组与一维整数数组也不同。比较类型时，不考虑数组界限。

如下表所示，托管数组的所有实例都必须有特定的元素类型、秩和下限。

托管数组类型	元素类型	级别	下限	签名表示法
ELEMENT_TYPE_ARRAY	由类型指定。	由秩指定。	由界限视情况指定。	type [ n,m ]
ELEMENT_TYPE_CLASS	未知	未知	未知	System.Array
ELEMENT_TYPE_SZARRAY	由类型指定。	1	0	type [ n ]

非托管数组

非托管数组是 COM 样式安全数组或 C 样式数组，其长度固定或可变。安全数组是自我描述的数组，带有关联数组数据的类型、秩和界限。 C 样式数组是具有固定下限 0 的一维类型化数组。封送处理服务对两种数组类型的支持均有限。

将数组参数传递给 .NET 代码

C 样式数组和安全数组都可以作为安全数组或 C 样式数组从非托管代码传递给 .NET 代码。下表显示非托管类型值和导入的类型。

非托管类型	导入的类型
SafeArray( Type )	ELEMENT_TYPE_SZARRAYConvertedType 秩 = 1，下限 = 0。只有在托管签名中提供大小时，才知道大小。不满足秩 = 1 或下限 = 0 的安全数组不能作为 SZARRAY 封送。
Type []	ELEMENT_TYPE_SZARRAYConvertedType 秩 = 1，下限 = 0。只有在托管签名中提供大小时，才知道大小。

安全数组

从类型库将安全数组导入 .NET 程序集时，该数组转换为已知类型（例如 int）的一维数组。适用于参数的类型转换规则同样适用于数组元素。例如，BSTR 类型的安全数组可变为托管字符串数组，而变体的安全数组可变为托管对象数组。从类型库中捕获 SAFEARRAY 元素类型并将它保存在枚举的 SAFEARRAY 值中。

由于无法根据类型库确定安全数组的秩和界限，因此假定秩等于 1，下限等于 0。必须在由类型库导入程序 (Tlbimp.exe) 生成的托管签名中定义秩和界限。如果运行时传递给方法的秩不同，则会引发 SafeArrayRankMismatchException。如果运行时传递的数组的类型不同，则会引发 SafeArrayTypeMismatchException。下面的示例演示托管代码和非托管代码中的安全数组。

非托管的签名

HRESULT New1([in] SAFEARRAY( int ) ar);  
HRESULT New2([in] SAFEARRAY( DATE ) ar);  
HRESULT New3([in, out] SAFEARRAY( BSTR ) *ar);

托管的签名

Sub New1(<MarshalAs(UnmanagedType.SafeArray, SafeArraySubType:=VT_I4)> _  
   ar() As Integer)  
Sub New2(<MarshalAs(UnmanagedType.SafeArray, SafeArraySubType:=VT_DATE)> _
   ar() As DateTime)  
Sub New3(ByRef <MarshalAs(UnmanagedType.SafeArray, SafeArraySubType:=VT_BSTR)> _
   ar() As String)

void New1([MarshalAs(UnmanagedType.SafeArray, SafeArraySubType=VT_I4)] int[] ar) ;  
void New2([MarshalAs(UnmanagedType.SafeArray, SafeArraySubType=VT_DATE)]
   DateTime[] ar);  
void New3([MarshalAs(UnmanagedType.SafeArray, SafeArraySubType=VT_BSTR)]
   ref String[] ar);

如果修改由 Tlbimp.exe 产生的方法签名以指示元素类型 ELEMENT_TYPE_ARRAY 而非 ELEMENT_TYPE_SZARRAY，则可将多维或非零界限安全数组封送到托管代码中。或者，可将 /sysarray 开关与 Tlbimp.exe 一起使用，将所有数组作为对象导入。如果已知正在传递的数组是多维数组，则可编辑由 Tlbimp.exe 生成的 Microsoft 中间语言 (MSIL) 代码，然后重新编译它。有关如何修改 MSIL 代码的详细信息，请参阅自定义运行时可调用包装器。

C 样式数组

将 C 样式数组从类型库导入 .NET 程序集中时，数组被转换为 ELEMENT_TYPE_SZARRAY。

数组元素类型根据类型库确定并在导入期间保留。适用于参数的转换规则同样适用于数组元素。例如，LPStr 类型的数组变为字符串类型的数组。 Tlbimp.exe 捕获数组元素类型并将 MarshalAsAttribute 属性应用于该参数。

假定数组秩等于 1。如果秩大于 1，则将按列主序将数组作为一维数组封送。下限始终等于 0。

类型库可包含定长数组或变长数组。 Tlbimp.exe 只能从类型库中导入定长数组，这是因为类型库缺少封送变长数组所需的信息。对于定长数组，从类型库导入大小，并在应用于参数的 MarshalAsAttribute 中捕获大小。

必须手动定义含变长数组的类型库，如以下示例所示。

非托管的签名

HRESULT New1(int ar[10]);  
HRESULT New2(double ar[10][20]);  
HRESULT New3(LPWStr ar[10]);

托管的签名

Sub New1(<MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeConst=10)> _  
   ar() As Integer)  
Sub New2(<MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeConst=200)> _  
   ar() As Double)  
Sub New2(<MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, _  
   ArraySubType=UnmanagedType.LPWStr, SizeConst=10)> _  
   ar() As String)

void New1([MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeConst=10)] int[] ar);  
void New2([MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeConst=200)] double[] ar);  
void New2([MarshalAs(UnmanagedType.LPArray,
   ArraySubType=UnmanagedType.LPWStr, SizeConst=10)] String[] ar);

虽然可将 size_is 或 length_is 属性应用于接口定义语言 (IDL) 源中的数组，以便将大小传达给客户端，但是 Microsoft 接口定义语言 (MIDL) 编译器不会将该信息传送到类型库。如果不知道大小，互操作封送处理服务就无法封送数组元素。因此，将变长数组作为引用参数导入。例如：

非托管的签名

HRESULT New1(int ar[]);  
HRESULT New2(int ArSize, [size_is(ArSize)] double ar[]);  
HRESULT New3(int ElemCnt, [length_is(ElemCnt)] LPStr ar[]);

托管的签名

Sub New1(ByRef ar As Integer)  
Sub New2(ByRef ar As Double)  
Sub New3(ByRef ar As String)

void New1(ref int ar);
void New2(ref double ar);
void New3(ref String ar);

编辑由 Tlbimp.exe 生成的 Microsoft 中间语言 (MSIL) 代码，再重新编译该代码，即可向封送处理程序提供数组大小。有关如何修改 MSIL 代码的详细信息，请参阅自定义运行时可调用包装器。要指示数组中的元素数，请采用以下任一方式将 MarshalAsAttribute 类型应用于托管方法定义的数组参数：

标识含数组中的元素数的另一个参数。按位置标识参数，从第一个参数开始，将第一个参数标识为数字 0。

Sub [New](ElemCnt As Integer, _  
   \<MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeParamIndex:=1)> _  
   ar() As Integer)

void New(  
   int ElemCnt,
   [MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeParamIndex=0)] int[] ar );

将数组大小定义为常数。例如：

Sub [New](\<MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeConst:=128)> _  
   ar() As Integer)

void New(  
   [MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeConst=128)] int[] ar );

将数组从非托管代码封送到托管代码时，封送处理程序会检查与参数关联的 MarshalAsAttribute 以确定数组大小。如果未指定数组大小，则只封送一个元素。

注意

将托管数组封送到非托管代码不会受 MarshalAsAttribute 的影响。在该方向上，数组大小通过检查确定。无法封送托管数组的子集。

互操作封送处理程序使用 Windows 上的 CoTaskMemAlloc 和 CoTaskMemFree 方法或其他操作系统上的 malloc 和 free 方法来分配和检索内存。非托管代码所执行的内存分配也必须使用这些方法。

将数组传递给 COM

所有托管数组类型都可以从托管代码传递给非托管代码。根据托管类型和应用于它的属性，可将数组作为安全数组或 C 样式数组进行访问，如下表所示。

托管数组类型	导出结果
ELEMENT_TYPE_SZARRAYtype	UnmanagedType.SafeArray(type)UnmanagedType UnmanagedType.LPArray 签名中提供了类型。秩始终为 1，下限始终为 0。在运行时大小始终为已知。
ELEMENT_TYPE_ARRAYtype<rank>[<bounds>]	UnmanagedType.SafeArray( type ) UnmanagedType.LPArray 签名中提供了类型、秩和界限。在运行时大小始终为已知。
ELEMENT_TYPE_CLASS	UT_Interface UnmanagedType.SafeArray( type ) 在运行时类型、秩、界限和大小始终为已知。

在与含有 LPSTR 或 LPWSTR 的结构数组相关的 OLE 自动化中，存在一项限制。因此，必须将 String 字段作为 UnmanagedType.BSTR 封送。否则，将引发异常。

ELEMENT_TYPE_SZARRAY

将包含 ELEMENT_TYPE_SZARRAY 参数（一维数组）的方法从 .NET 程序集导出到类型库时，会将该数组参数转换为给定类型的 SAFEARRAY 。同样的转换规则也适用于数组元素类型。自动将托管数组的内容从托管内存复制到 SAFEARRAY 中。例如：

托管的签名

Sub [New](ar() As Long)  
Sub [New](ar() As String)

void New(long[] ar );  
void New(String[] ar );

非托管的签名

HRESULT New([in] SAFEARRAY( long ) ar);
HRESULT New([in] SAFEARRAY( BSTR ) ar);

安全数组的秩始终为 1，下限始终为 0。大小在运行时由所传递的托管数组的大小确定。

还可以通过使用 MarshalAsAttribute 属性将数组作为 C 样式数组封送。例如：

托管的签名

Sub [New](<MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeParamIndex:=1)> _  
   ar() As Long, size as Integer)  
Sub [New](<MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeParamIndex:=1)> _  
   ar() As String, size as Integer)  
Sub [New](<MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, _  
   ArraySubType= UnmanagedType.LPStr, SizeParamIndex:=1)> _  
   ar() As String, size as Integer)

void New([MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeParamIndex=1)]
   long [] ar, int size );  
void New([MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, SizeParamIndex=1)]
   String [] ar, int size );  
void New([MarshalAs(UnmanagedType.LPArray, ArraySubType=
   UnmanagedType.LPStr, SizeParamIndex=1)]
   String [] ar, int size );

非托管的签名

HRESULT New(long ar[]);
HRESULT New(BSTR ar[]);
HRESULT New(LPStr ar[]);

虽然封送处理程序具有封送数组所需的长度信息，但通常会将数组长度作为单独的参数传递，以便将长度传达给被调用方。

ELEMENT_TYPE_ARRAY

将包含 ELEMENT_TYPE_ARRAY 参数的方法从 .NET 程序集导出到类型库时，会将该数组参数转换为给定类型的 SAFEARRAY 。自动将托管数组的内容从托管内存复制到 SAFEARRAY 中。例如：

托管的签名

Sub [New](ar(,) As Long)  
Sub [New](ar(,) As String)

void New( long [,] ar );  
void New( String [,] ar );

非托管的签名

HRESULT New([in] SAFEARRAY( long ) ar);
HRESULT New([in] SAFEARRAY( BSTR ) ar);

安全数组的秩、大小和界限在运行时由托管数组的特征确定。

还可以通过应用 MarshalAsAttribute 属性将数组作为 C 样式数组封送。例如：

托管的签名

Sub [New](<MarshalAs(UnmanagedType.LPARRAY, SizeParamIndex:=1)> _  
   ar(,) As Long, size As Integer)  
Sub [New](<MarshalAs(UnmanagedType.LPARRAY, _  
   ArraySubType:=UnmanagedType.LPStr, SizeParamIndex:=1)> _  
   ar(,) As String, size As Integer)

void New([MarshalAs(UnmanagedType.LPARRAY, SizeParamIndex=1)]
   long [,] ar, int size );  
void New([MarshalAs(UnmanagedType.LPARRAY,
   ArraySubType= UnmanagedType.LPStr, SizeParamIndex=1)]
   String [,] ar, int size );

非托管的签名

HRESULT New(long ar[]);
HRESULT New(LPStr ar[]);

无法封送嵌套数组。例如，使用类型库导出程序 (Tlbexp.exe) 进行导出时，以下签名将生成错误。

托管的签名

Sub [New](ar()()() As Long)

void New(long [][][] ar );

ELEMENT_TYPE_CLASS <System.Array>

将包含 System.Array 参数的方法从 .NET 程序集导出到类型库时，会将该数组参数转换为 _Array 接口。只能通过 _Array 接口的方法和属性访问托管数组的内容。还可通过使用 MarshalAsAttribute 属性将 System.Array 作为 SAFEARRAY 封送。作为安全数组封送时，将数组元素视作变体封送。例如：

托管的签名

Sub New1( ar As System.Array )  
Sub New2( <MarshalAs(UnmanagedType.Safe array)> ar As System.Array )

void New1( System.Array ar );  
void New2( [MarshalAs(UnmanagedType.Safe array)] System.Array ar );

非托管的签名

HRESULT New([in] _Array *ar);
HRESULT New([in] SAFEARRAY(VARIANT) ar);

结构中的数组

非托管结构可包含嵌入数组。默认情况下，将这些嵌入数组字段作为 SAFEARRAY 封送。在以下示例中，s1 是直接在结构本身中分配的嵌入数组。

非托管表示形式

struct MyStruct {  
    short s1[128];  
}

数组可作为 UnmanagedType 封送，这需要设置 MarshalAsAttribute 字段。只能将大小设置为常数。以下代码演示 MyStruct 的相应托管定义。

Public Structure <StructLayout(LayoutKind.Sequential)> MyStruct  
   Public <MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst := 128)> _  
     s1() As Short  
End Structure

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]  
public struct MyStruct {  
   [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst=128)] public short[] s1;  
}

数组的默认封送处理

托管数组

非托管数组

将数组参数传递给 .NET 代码

安全数组

C 样式数组

将数组传递给 COM

ELEMENT_TYPE_SZARRAY

托管的签名

非托管的签名

托管的签名

非托管的签名

ELEMENT_TYPE_ARRAY

托管的签名

非托管的签名

托管的签名

非托管的签名

托管的签名

ELEMENT_TYPE_CLASS <System.Array>

托管的签名

非托管的签名

结构中的数组

非托管表示形式

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