C++动态链接库之非托管封装Invoke，供C#/C++ 等编程语言使用，小白教程——C++动态链接库（一）

一、前言及背景

1.1需求描述

前面我们有篇总的概述文章，阐述了C++动态库的基本知识和大方向，而其中有很多细分应用场景，需要我们自己打磨，今天我们讨论下：C++以非托管方式（独立于CLR）封装，给第三方编程语言平台进行交换的场景，相信在工作的友友们，是应该比较熟悉这个场景了，特别是对C# 编程用户来说，可能平常供应商已经封装好，你们直接使用而不知不觉，下面我们回忆这整个技术栈的发生、应用！

当我们需要计算性能，并且目标应用编程语言满足不了情况下，

• 比如C# 场景下对大量元素的数组和列表等数据结构运算下运算低效！
• C# 平台没有相应的生态，需要引入第三方（C++生态）；
• 常见的算法C# 场景下，自我编写困难，需要引用和改造封装别人写好的C++算法！

1.2应用背景

这种非托管封装交互的方式，是C++封装作为底层库或者SDK运行时，然后开放接口给第三方语言，进行二次开发的常见手段，比如某些传感器（工业相机，定制传感器）或者运动控制器给二次开发人员或者上位机开发者（集成者）进行数据和控制指令交互；还有像Windows系统开放的底层使用的动态链接库，等等。
下面总结下，这种交互方式的应用场景：

• C++只开放交互接口，C# 等第三方语言自己封装和二次开发；
• 不需要以托管方式深度结合进行开发，这个是主要区别的场景特点，同时也要考虑非托管方式是否可持续（稳定性、连续性、前景性，简单来说，就是后面不烂尾），如果实在不行，就要以托管封装形式；
• 不需要表层定制的通信协议（TCP/Modbus等），只是程序间数据获取和交换；
• 简单地数据传输和性能优化，比如一些计算场景下，C++处理比较有优势，这是时候，只要封装并传入数据处理后，获取结果就行，这个比较常见，在计算几何和图形操作时，C++封装几乎是不二之选；
• 目标语言和使用场景的选择，目标平台如果是C# 等一些支持性和适配性较好的语言；

☀️本文主要阐述了以C++非托管方式封装动态链接库（有Lib生成），与C# 进行交互的，并且有lib文件生成情况下，也可供C++应用端调用（其他编程语言自行迁移，作者到时会新建文章篇幅概述）！

二、编程基础知识

2.1非托管方式交互逻辑

• 非托管代码：直接用如 C、C++ 编写、编译为机器码，不依赖 .NET CLR；

• 交互方式：通常通过 P/Invoke 从 C# 调用 C++ 的 DLL（.dll），接口需为 C 语言风格；

• 数据类型：需注意托管（如 string, array）和非托管（如 const char*, int*）类型间的转换。

• 逻辑架构：

C++ 非托管 DLL     <=====>     C# 应用程序
 └─ 导出函数 extern "C"            └─ P/Invoke [DllImport]
 └─ 标准类型参数                  └─ 调用函数，传入参数，接收返回值
 └─ .def 或 __declspec(dllexport) └─ 注意调用约定、内存安全

2.2该方式下C++ 与C# 数据转换对应

不同编程语言，数据结构和元素一一对应是不同的，做数据格式转换要仔细查表和结合经验！
1️⃣基础元素格式：

注意：字符串从C++里面传递回来到C# 端，不能直接传递，需要用Marshal.PtrToStringAnsi函数进行转换！

2️⃣复合元素格式：

注意：

2.3VS工程下的注意点

VS工程主要是要统一生成环境(X64/X86),初次生成，就要确定什么环境是自己的目标！

2.4C++封装接口

C++非托管形式封装要考虑目标使用平台!因为C++动态库给外面应用非托管引用，会有lib和.exp文件是否生成的必要，如果应用者是C++应用，就需要.lib文件生成，仅是C# 就需要动态库文件（不需要额外生成），如果两者兼具（C++和C# 应用）,C++动态库项目就要有.lib和.exp文件生成（主要是Lib文件）。

🌈 如果在VS工程新建动态库工程，在默认的配置下，如果有对应头文件和对应cpp文件（主要决定是cpp文件存在，并在cpp文件中有对头文件的引用），并且在头文件或者.cpp文件中起码有extern "C" __declspec(dllexport) 或者使用.def文件定义的函数方法声明，这样就会生成Lib和.exp文件，否则没有对应文件生成，只有动态链接库dll生成！

在 Visual Studio 中生成 C++ 动态链接库（DLL） 并自动生成 .lib 和 .exp 文件，主要有两种方式：使用 __declspec(dllexport) 或使用 .def 文件，下面细分讨论他。
☀️通常来说，C++接口是以函数接口的形式来对外使用的（不推荐类方式进行对外使用）！我们需要结合函数使用来对应选择合适的生成方式
下面以一个C++函数，进行封装导出为例，该函数为：

int Add(int a, int b);

2.4.1 __declspec(dllexport) 方式

__declspec(dllexport) 是微软在 Visual C++ 编译器中提供的一个修饰符，用于导出符号（函数、变量、类）到 DLL 中，使得其他模块（如 EXE、其他 DLL、C# 程序）可以使用这些符号。

🧩 一、基本语法和作用

📌 二、函数导出

下面给出两种不同的声明方式：

1️⃣简单导出（直接在函数声明前加__declspec(dllexport)）：

extern "C" __declspec(dllexport) int Add(int a, int b);

2️⃣使用宏控制导入/导出，例如，定义一个宏#define MYAPI extern "C" __declspec(dllexport)，在需要导出函数的地方，不用每次在前面都加上extern "C" __declspec(dllexport)，只需一个MYAPI就行了，例如：

#define extern "C" MYAPI __declspec(dllexport)
MYAPI int Add(int a, int b);

这种方式比较简写，重用性较高，比较推荐！
另外，如果需要切换导出/导出函数声明，可以这样：

#ifdef MYLIBRARY_EXPORTS
#define extern "C" MYAPI __declspec(dllexport)
#else
#define extern "C" MYAPI __declspec(dllimport)
#endif
MYAPI int Add(int a, int b);

项目属性中定义 MYLIBRARY_EXPORTS 宏：

项目右键 → 属性 → C/C++ → 预处理器 → 预处理器定义

添加：MYLIBRARY_EXPORTS

这样，当编译 DLL 时可以通过宏来切换导出导出函数！
3️⃣VS编程实践：
在test.h文件中：

#define extern "C" MYAPI __declspec(dllexport)
MYAPI int Add(int a, int b);

在test.cpp文件中：

#include "pch.h"
#include "test.h"

✅如果要生成对应的.lib和.exp文件，需要注意以下几点：

• 如果函数声明和定义只在.h文件中，则对应.cpp文件,#include "pch.h"要在引用最前头：
  test.h文件：

#define extern "C" MYAPI __declspec(dllexport)
MYAPI int Add(int a, int b);

test.cpp文件：

#include "pch.h"//要在最前头
#include "test.h"

• 如果函数定义在.cpp文件中，头文件引用（test.h）可以不引用,pch.h可以不是放在最前头引用：
  test.h文件：

test.cpp文件：

#include "test.h"
#include "pch.h"
#define extern "C" MYAPI __declspec(dllexport)
MYAPI int Add(int a, int b);

总结：.cpp文件没导出函数时,pch.h引用要在最前头，.cpp文件里有导出函数时，除非要有头文件里面有导出函数（并且给外面使用），否则可以不引用对应(test.h)文件，进行简单使用！

2.4.2 .def 文件方式

.def 文件（模块定义文件）是 Windows 编译器（如 MSVC）支持的一种 显示指定导出符号（函数、变量等） 的方式，主要用于 DLL 的构建过程中控制哪些符号被导出、导出名称、序号。它是 __declspec(dllexport) 的替代方案!

✅ 一、.def 文件的基本结构

LIBRARY MyLibrary
EXPORTS
    AddFunc
    SubFunc @2
    HiddenFunc=InternalFunc @3 NONAME

🧩 二、基础用法：导出函数名

1. 创建 .def 文件（如 Source.def）：

LIBRARY Dll1
	EXPORTS Add

2. C++ 代码无需使用 __declspec(dllexport)：

// .cpp文件
int Add(int a, int b) {
    return a + b;
}

注意：函数实现必须在 .cpp 中（头文件中只是声明）,声明可以在.cpp文件也可在.h文件中！
3.如果要删除.def文件，要在vs工程配置中删除对应名称才行，不然会报链接错误提示！

4. 编译结果

Visual Studio 会根据 .def 文件导出 DLL，并自动生成：

• Dll1.dll
• Dll1.lib
• Dll1.exp

2.4.3结合使用（高级）

• .def 文件导出指定函数
• __declspec(dllexport) 导出其他函数

如果 .def 中指定了 EXPORTS，那只会导出 .def 中列出的函数，其他 __declspec(dllexport) 的函数将被忽略。(.def指定高于dllexport指定)

下面给出对比：

2.5C# 封装接口

同样的，对非托管形式的C++动态链接库（函数接口），C# 要写成方法（或类方法或静态形式）的形式去适应对应的C++接口，以此来进行一一对应，下面来一一探讨！

下面以C++的非托管接口函数为例，以此来作为例子对接C# 接口样例：

extern "C" __declspec(dllexport) int AddIntFunc(int a_, int b_) {
    return a_ + b_;
}

注：这个是输入两个整数数据，然后计算并返回整数结果的C++函数！

C# 是面向对象语言，所以对应接口在C#封装一般封装在类里面，所在类是静态类（非静态类），方法是静态累方法（或非静态类方法），常见搭配应该是静态类的静态方法居多！
下面在一个静态C# 类的静态方法如下（对应C++实例）：

[DllImport("NonCustodialCLI.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public extern static int AddIntFunc(int a_, int b_);

2.5.1C# 封装方法形式

✅函数解释：

2.5.2特性声明

✅ 功能解释

[DllImport("NonCustodialCLI.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]

这是一个 特性（Attribute）声明(必须项)，告诉 C# 编译器：

• 从名为 NonCustodialCLI.dll 的 非托管动态链接库 中导入函数；

• 使用 Cdecl 的调用约定（calling convention）；

• 用于修饰一个后续 extern static 函数声明。

✅常见特性参数定义

1️⃣. CallingConvention(调用约定): 定义了函数调用时参数如何压栈、由谁清理栈等，必须与 C++ DLL 中函数的实际调用约定一致。

• 如果你写的 DLL 是用 C/C++ 编写的标准函数（自己写的C++库）：

CallingConvention = CallingConvention.Cdecl

• 如果是调用 Windows API（或第三方 SDK 提供的 DLL）：

CallingConvention = CallingConvention.StdCall

2️⃣ CharSet（字符集编码方式）：用于控制字符串（如 string, char*, wchar_t*）参数如何从托管转换为非托管。

注意： C++ 中字符串参数如果是 char*，就用 Ansi；如果是 wchar_t*，就用 Unicode。
3️⃣ EntryPoint (映射 DLL 中实际函数名):用于解决 C++ 导出函数名称与 C# 不一致的情况，或处理 C++ 函数经过 name mangling 后名称变化的问题。

2.5.3综合使用：

最简单的使用就是：

[DllImport("NonCustodialCLI.dll")]
 public extern static void InitDemoDll();

如果在C# 对应函数中，重新命名就是：

[DllImport("NonCustodialCLI.dll",EntryPoint = "InitDemoDll")]
 public extern static void InitDemoDll3();

如果在C# 中，传输字符相关的话，可以自己指定编码格式：

[DllImport("NonCustodialCLI.dll" ，CharSet = CharSet.Ansi)]
 public extern static void InitDemoDll(string msg);

如果在C# 中，调用的是自己写的C++动态库:

[DllImport("NonCustodialCLI.dll" ，CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
 public extern static void InitDemoDll();

如果上面都牵扯到，那么可以这么编写：

[DllImport("MyDLL.dll", 
    CallingConvention = CallingConvention.Cdecl,
    CharSet = CharSet.Ansi,
    EntryPoint = "InitDemoDll1")]
public static extern int InitDemoDll();

三、实践教程

下面我们一起来实践下吧，并且会注意易错点和盲区，以下为使用环境：

• VS2019;
• C++ mvsc；
• windows10系统（系统差别不大）；
• C# .net framework4.8（.net core差不多，自行摸索）;
• 应用场景：C++非托管方式封装数据计算，C# 负责应用端（传入数据和获取计算结果），并对接口进行简单封装；

为了方便管理和验证实践过程，我们会新建三个VS 2019工程（可以根据需要跳过，同时三个是为了验证和展示C++非托管方式生成，C# 应用端对应实践，C++应用端对应实践）C++非托管动态库工程，C# 调用这个C++动态库，C++应用端调用这个C++动态库！
下面给出一些背景资料：

• VS2019中编程，一个解决方案，同时，三个生成路径要一样，方便库引用，也可自行分开；
• 一个非托管方式的C++动态链接库的VS工程（生成动态库供其他语言调用）；
• 一个windowform （.net framework4.8）的VS工程（直接调用C++动态库）；
• 一个C++命令行程序的VS项目(直接调用C++动态库)；

新建一个空的解决方案（上面的三个工程放在一起）：

解决方案资源管理器->添加->新建项目->，然后按3.1、3.2、3.3分别添加验证的VS项目！（看自己需要）

3.1C++项目封装

在同一个解决方案中，新建C++动态链接库VS项目，

新建个test.h（自己命名即可）头文件，用于外部编写接口函数：

在test.h添加以下代码：

extern "C" __declspec(dllexport) int AddIntFunc(int a_, int b_) {
    return a_ + b_;
}

在test.cpp文件中添加：

#include "pch.h"//.cpp文件没导出函数，所以要放在最前面，如果有导出函数，可以不放在最前面
#include "test.h"

右键该项目，点击重新生成，可以看到下面有.lib和.exp文件生成：

到这一步，证明生成无多大问题了！

3.2C#应用端

在同一个解决方案中，VS工程新建C# .Net Framework控制台应用工程,按默认配置新建工程进行下一步（.net framework我用4.8居多，也可以用其他的）！

右键鼠标，进入项目配置，将生成路径改为和C++生成路径一致（不用再拉动态库dll到C# 程序目录），生成目录路径为：..\X64\Debug\，

在Program.cs文件中，添加对应的名称空间引用，加入C# 端的P/Invoke 函数声明，如下：
Program.cs文件:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        [DllImport("Dll1.dll")]
        public extern static int AddIntFunc(int a,int b);//函数声明
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine($"相加结果：{AddIntFunc(3, 5)}");//函数调用
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

注意：先别着急生成，因为前面最开始我们把整个解决方案设为x64（C++动态库和后面C++命令行程序也是x64），但是C# 的命令行VS工程默认是32位的，要把这个勾选去掉，改成和C++环境（生成的DLL）一致！

右键该项目，点击设为启动项目点击VS中的运行，可以看到：

这样就证明C++生成非托管的动态链接库成功，并且C# 成功用invoke函数匹配上，调用成功！

3.3C++应用端

在同一个解决方案中，VS工程新建c++控制台应用工程，

添加头文件，右键项目 → 属性选择 → 配置属性 → C/C++ → 常规→ 附加包含目录（Additional Include Directories），填入..\Dll1（这个是相对路径，Dll1是动态库项目名，test.h文件在里面，友友们可以按绝对路径等，头文件VS能识别即可）,如下：

主调用.cpp文件代码如下：

#include <iostream>
#include <conio.h>
#include "test.h"

int main()
{

    std::cout << "Hello World!\n";
    std::cout << "int加法函数：" << AddIntFunc(5, 8) << std::endl;
    _getch();//等待鼠标指示完成
}

右键该项目，点击设为启动项目点击VS中的运行，可以看到：

这样就证明C++生成非托管的动态链接库成功，并且C++ 应用端用调用成功！

大功告成！

四、参考资料

• C++动态链接库封装，供C#/C++ 等编程语言使用——C++动态链接库概述（总）

最后，文中若有不足，敬请批评指正！