字符串的默认封送处理

项目
05/09/2023

System.String 和 System.Text.StringBuilder 类均具有类似的封送处理行为。

字符串以 COM 样式 BSTR 类型或以 null 结尾的字符串（以 null 字符结尾的字符数组）进行封送。字符串中的字符可以采用 Unicode（Windows 系统上的默认值）或 ANSI 进行封送。

接口中使用的字符串

下表显示以非托管代码的方法参数封送字符串数据类型时的封送处理选项。 MarshalAsAttribute 特性向 COM 接口的封送字符串提供若干个 UnmanagedType 枚举值。

枚举类型	非托管格式说明
`UnmanagedType.BStr`（默认值）	具有预先固定长度和 Unicode 字符的 COM 样式 `BSTR`。
`UnmanagedType.LPStr`	指向以 null 终止的 ANSI 字符数组的指针。
`UnmanagedType.LPWStr`	指向以 null 终止的 Unicode 字符数组的指针。

此表适用于 String。对于 StringBuilder，仅允许使用 UnmanagedType.LPStr 和UnmanagedType.LPWStr 两个选项。

以下示例演示在 IStringWorker 接口中声明的字符串。

public interface IStringWorker
{
    void PassString1(string s);
    void PassString2([MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string s);
    void PassString3([MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] string s);
    void PassString4([MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)] string s);
    void PassStringRef1(ref string s);
    void PassStringRef2([MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] ref string s);
    void PassStringRef3([MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] ref string s);
    void PassStringRef4([MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)] ref string s);
}

Public Interface IStringWorker
    Sub PassString1(s As String)
    Sub PassString2(<MarshalAs(UnmanagedType.BStr)> s As String)
    Sub PassString3(<MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)> s As String)
    Sub PassString4(<MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)> s As String)
    Sub PassStringRef1(ByRef s As String)
    Sub PassStringRef2(<MarshalAs(UnmanagedType.BStr)> ByRef s As String)
    Sub PassStringRef3(<MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)> ByRef s As String)
    Sub PassStringRef4(<MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)> ByRef s As String)
End Interface

以下示例演示类型库中描述的相应接口。

interface IStringWorker : IDispatch
{
    HRESULT PassString1([in] BSTR s);
    HRESULT PassString2([in] BSTR s);
    HRESULT PassString3([in] LPStr s);
    HRESULT PassString4([in] LPWStr s);
    HRESULT PassStringRef1([in, out] BSTR *s);
    HRESULT PassStringRef2([in, out] BSTR *s);
    HRESULT PassStringRef3([in, out] LPStr *s);
    HRESULT PassStringRef4([in, out] LPWStr *s);
};

平台调用中使用的字符串

如果字符集为 Unicode 或参数显式标记为 [MarshalAs(UnmanagedType.LPWSTR)]，当通过值（不是 ref 或 out）传递字符串时，字符串会被固定并直接由本机代码使用。否则，平台调用会复制字符串参数，将其从.NET Framework 格式 (Unicode) 转换为平台非托管格式。当调用返回时，字符串固定不变，且不会从非托管内存复制回托管内存。

当字符串按引用传递时，本机代码仅负责释放内存，并分配新值。否则，.NET 运行时将拥有内存，并在调用后将其释放。

下表列出以调用平台调用的方法参数封送字符串时的封送处理选项。 MarshalAsAttribute 特性向封送字符串提供若干个 UnmanagedType 枚举值。

枚举类型	非托管格式说明
`UnmanagedType.AnsiBStr`	具有预先固定长度和 ANSI 字符的 COM 样式 `BSTR`。
`UnmanagedType.BStr`	具有预先固定长度和 Unicode 字符的 COM 样式 `BSTR`。
`UnmanagedType.LPStr`（默认值）	指向以 null 终止的 ANSI 字符数组的指针。
`UnmanagedType.LPTStr`	指向以 null 终止的平台相关字符数组的指针。
`UnmanagedType.LPUTF8Str`	指向以 null 终止的 UTF-8 编码字符数组的指针。
`UnmanagedType.LPWStr`	指向以 null 终止的 Unicode 字符数组的指针。
`UnmanagedType.TBStr`	具有预先固定长度和平台相关字符的 COM 样式 `BSTR`。
`VBByRefStr`	一个值，该值使 Visual Basic 能够更改非托管代码中的字符串，并使结果在托管代码中反映出来。此值仅支持用于平台调用。这是 `ByVal` 字符串在 Visual Basic 中的默认值。

此表适用于 String。对于 StringBuilder，仅允许使用 LPStr、LPTStr 和 LPWStr 三个选项。

以下类型定义演示 MarshalAsAttribute 平台调用的正确用法。

class StringLibAPI
{
    [DllImport("StringLib.dll")]
    public static extern void PassLPStr([MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] string s);
    [DllImport("StringLib.dll")]
    public static extern void PassLPWStr([MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)] string s);
    [DllImport("StringLib.dll")]
    public static extern void PassLPTStr([MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)] string s);
    [DllImport("StringLib.dll")]
    public static extern void PassLPUTF8Str([MarshalAs(UnmanagedType.LPUTF8Str)] string s);
    [DllImport("StringLib.dll")]
    public static extern void PassBStr([MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string s);
    [DllImport("StringLib.dll")]
    public static extern void PassAnsiBStr([MarshalAs(UnmanagedType.AnsiBStr)] string s);
    [DllImport("StringLib.dll")]
    public static extern void PassTBStr([MarshalAs(UnmanagedType.TBStr)] string s);
}

Class StringLibAPI
    Public Declare Auto Sub PassLPStr Lib "StringLib.dll" (
        <MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)> s As String)
    Public Declare Auto Sub PassLPWStr Lib "StringLib.dll" (
        <MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)> s As String)
    Public Declare Auto Sub PassLPTStr Lib "StringLib.dll" (
        <MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)> s As String)
    Public Declare Auto Sub PassLPUTF8Str Lib "StringLib.dll" (
        <MarshalAs(UnmanagedType.LPUTF8Str)> s As String)
    Public Declare Auto Sub PassBStr Lib "StringLib.dll" (
        <MarshalAs(UnmanagedType.BStr)> s As String)
    Public Declare Auto Sub PassAnsiBStr Lib "StringLib.dll" (
        <MarshalAs(UnmanagedType.AnsiBStr)> s As String)
    Public Declare Auto Sub PassTBStr Lib "StringLib.dll" (
        <MarshalAs(UnmanagedType.TBStr)> s As String)
End Class

结构中使用的字符串

字符串是结构的有效成员，但是 StringBuilder 缓冲区在结构中无效。下表显示以字段形式封送 String 数据类型时的封送处理选项。 MarshalAsAttribute 特性向字段的封送字符串提供若干个 UnmanagedType 枚举值。

枚举类型	非托管格式说明
`UnmanagedType.BStr`	具有预先固定长度和 Unicode 字符的 COM 样式 `BSTR`。
`UnmanagedType.LPStr`（默认值）	指向以 null 终止的 ANSI 字符数组的指针。
`UnmanagedType.LPTStr`	指向以 null 终止的平台相关字符数组的指针。
`UnmanagedType.LPUTF8Str`	指向以 null 终止的 UTF-8 编码字符数组的指针。
`UnmanagedType.LPWStr`	指向以 null 终止的 Unicode 字符数组的指针。
`UnmanagedType.ByValTStr`	定长字符数组；数组的类型由包含结构的字符集确定。

ByValTStr 类型用于结构中出现的内联定长字符数组。其他类型适用于包含指向字符串的指针的结构中包含的字符串引用。

应用于包含结构的 StructLayoutAttribute 的 CharSet 参数确定结构中字符串的字符格式。以下示例结构包含字符串引用和内联字符串，以及 ANSI、Unicode 和平台相关字符。这些结构在类型库中的表示形式如下面的 C++ 代码所示：

struct StringInfoA
{
    char *  f1;
    char    f2[256];
};

struct StringInfoW
{
    WCHAR * f1;
    WCHAR   f2[256];
    BSTR    f3;
};

struct StringInfoT
{
    TCHAR * f1;
    TCHAR   f2[256];
};

以下示例演示如何使用 MarshalAsAttribute 以不同的格式定义相同的结构。

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Ansi)]
struct StringInfoA
{
    [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] public string f1;
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 256)] public string f2;
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Unicode)]
struct StringInfoW
{
    [MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)] public string f1;
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 256)] public string f2;
    [MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] public string f3;
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Auto)]
struct StringInfoT
{
    [MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)] public string f1;
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 256)] public string f2;
}

<StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet := CharSet.Ansi)> _
Structure StringInfoA
    <MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)> Public f1 As String
    <MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst := 256)> _
    Public f2 As String
End Structure

<StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet := CharSet.Unicode)> _
Structure StringInfoW
    <MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)> Public f1 As String
    <MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst := 256)> _
    Public f2 As String
<MarshalAs(UnmanagedType.BStr)> Public f3 As String
End Structure

<StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet := CharSet.Auto)> _
Structure StringInfoT
    <MarshalAs(UnmanagedType.LPTStr)> Public f1 As String
    <MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst := 256)> _
    Public f2 As String
End Structure

定长字符串缓冲区

在某些情况下，必须将定长字符缓冲区传递到要操作的非托管代码中。在这种情况下，只传递字符串将不起作用，因为被调用方不能修改所传递缓冲区的内容。即使通过引用传递字符串，仍无法将缓冲区初始化为给定大小。

此解决方案将传递一个 byte[] 或 char[]（具体取决于预期的编码）而非 String 作为参数。当标记有 [Out] 时，数组可以由被调用方取消引用和修改，前提是它不超过所分配数组的容量。

例如，Windows GetWindowText API 函数（在 winuser.h 中定义）要求调用方传递函数向其中写入窗口文本的定长字符缓冲区。 lpString 指向调用方分配的大小为 nMaxCount 的缓冲区。调用方应分配缓冲区，并将 nMaxCount 自变量设置为已分配缓冲区的大小。以下示例显示 GetWindowText 函数声明，如 winuser.h 中所定义。

int GetWindowText(
    HWND hWnd,        // Handle to window or control.
    LPTStr lpString,  // Text buffer.
    int nMaxCount     // Maximum number of characters to copy.
);

char[] 可以由被调用方取消引用和修改。下面的代码示例演示了如何使用 ArrayPool<char> 来预分配 char[]。

using System;
using System.Buffers;
using System.Runtime.InteropServices;

internal static class NativeMethods
{
    [DllImport("User32.dll", CharSet = CharSet.Unicode)]
    public static extern void GetWindowText(IntPtr hWnd, [Out] char[] lpString, int nMaxCount);
}

public class Window
{
    internal IntPtr h;        // Internal handle to Window.
    public string GetText()
    {
        char[] buffer = ArrayPool<char>.Shared.Rent(256 + 1);
        NativeMethods.GetWindowText(h, buffer, buffer.Length);
        return new string(buffer);
    }
}

Imports System
Imports System.Buffers
Imports System.Runtime.InteropServices

Friend Class NativeMethods
    Public Declare Auto Sub GetWindowText Lib "User32.dll" _
        (hWnd As IntPtr, <Out> lpString() As Char, nMaxCount As Integer)
End Class

Public Class Window
    Friend h As IntPtr ' Friend handle to Window.
    Public Function GetText() As String
        Dim buffer() As Char = ArrayPool(Of Char).Shared.Rent(256 + 1)
        NativeMethods.GetWindowText(h, buffer, buffer.Length)
        Return New String(buffer)
   End Function
End Class

另一种解决方案是传递 StringBuilder 而非 String 作为参数。被调用方可以取消引用和修改封送 StringBuilder 时创建的缓冲区，前提是它不超过 StringBuilder 的容量。还可以初始化为固定长度。例如，如果将 StringBuilder 缓冲区初始化为 N 容量，则封送处理程序将提供大小为 (N+ 1) 个字符的缓冲区。 +1 解释了非托管字符串具有 null 终止符而帐户 StringBuilder 却不具有这一事实。

注意

通常，如果你担心性能，则不建议传递 StringBuilder 参数。有关详细信息，请参阅 String 参数。

字符串的默认封送处理

接口中使用的字符串

平台调用中使用的字符串

结构中使用的字符串

定长字符串缓冲区

请参阅

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