Kapitel 21 Nativer Code

Transkript

1 Kapitel 21 Nativer Korbinian Molitorisz IPD Tichy Lehrstuhl für Programmiersysteme KIT die Kooperation von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH und Universität Karlsruhe (TH)

2 Wann muss man verwalteten und nicht-verwalteten mischen? Zugriff auf vorhandene API, die man nicht neu übersetzen will oder kann Exportieren von Funktionalität aus.net als normale API oder COM Komponente Einwickeln von nicht-verwaltetem in verwalteten Plattform Invoke (P/Invoke) Eignet sich gut zum importieren ausgewählter API-Funktionen Aufrufe von nicht-verwaltetem in verwalteten Datenfluss in beide Richtungen (nicht-verwaltetem verwalteten ) Verwendet interop marshaling 1 Kapitel 21 - Nativer

3 Einwickeln von nicht-verwaltetem in verwalteten COM interop Benutzt im Prinzip die gleichen Mechanismen wie P/Invoke nur die Datentypen sind verschieden. Aufrufe von nicht-verwaltetem in verwalteten und umgekehrt C++ interop ( It Just Works (IJW) ) Funktioniert nur für C++ Marshaling zwischen.net-typen und Nativ-Typen muss manuell von Programmierer durchgeführt werden C++ Header-Dateien in verwaltete einfügen #include vor dem using namespace directives 2 Kapitel 21 - Nativer

4 Platform Invoke: [DllImport("user32.dll")] public static extern int MessageBoxA(int hwndparent, [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]string message, [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]string title, int type); public static int Main(string args []) { MessageBoxA(0, "Hello World!", "My Message Box", 0); return 0; } 3 Kapitel 21 - Nativer

5 Platform Invoke: [DllImport("user32.dll")] public static extern int MessageBoxA(int hwndparent, [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]string message, [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]string title, int type); Durch den Garbage Collector kann verwaltete nicht public static garantieren, int Main(string dass args sich []) der String auf der Halde nicht verschiebt. { Der Marshaler konvertiert den Stringtyp in einen nichtverwalteten Typ und kümmert sich um das MessageBoxA(0, Speichermanagement. "Hello World!", "My Message Box", 0); return 0; } nicht-verwaltete Halde Interop marshaling verwaltete Halde 4 Kapitel 21 - Nativer

6 P/Invoke Beim Marshaling kann der Interoperabilitäts-Marshaler die verwalteten Daten kopieren oder pinnen. Wertetypen (oder Referenztypen) als Funktionsargumente kopiert der Marshaler: 5 Kapitel 21 - Nativer

7 Bei Referenztypen kann der Marshaler auch Pinning anwenden, um kopieren zu vermeiden: Pinnen ist performant und hat keinen Kopie-Overhead Pinnen oder Kopieren wird während dem Marshaling anhand des Object-Typs festgelegt 6 Kapitel 21 - Nativer

8 Marshaling bei Strings (P/Invoke) P/Invoke kopiert String-Argumenten und wandelt die String-Typen von.net Framework Format zum nicht-verwalteten Format. Der String-Typ ist unveränderbar und somit kann eine nichtverwalteten Funktion keine Daten darüber an die verwaltete Anwendung zurückgeben. Der Stringbuilder-Typ kann allerdings Daten von einer nichtverwaltete-funktion annehmen. 7 Kapitel 21 - Nativer

9 Beispiel: Der Stringbuilder-Typ nimmt Daten von einer unverwalteten Funktion an: public class Window { internal int h; // Internal handle to Window. [DllImport("User32.Dll")] public static extern void GetWindowText(int h, StringBuilder s, int nmaxcount); } public String GetText() { StringBuilder sb = new StringBuilder(256); Win32API.GetWindowText(h, sb, sb.capacity + 1); return sb.tostring(); } 8 Kapitel 21 - Nativer

10 Jeder Übergang von verwaltetem zu nicht-verwaltetem (und umgekehrt) kostet Overhead: Speicher in nicht-verwalteter Halde muss bereitgestellt und freigegeben werden. Datentypen müssen konvertiert werden. Das Overhead ist abhängig von Datentypen Overhead für ein Platform Invoke Aufruf: Etwa 10 Maschineninstruktionen (auf einem x86-prozessor) Overhead für ein COM Interop Aufruf: Etwa 50 Maschineninstruktionen (auf einem x86-prozessor) 9 Kapitel 21 - Nativer

11 Die CLR-Interop-Schicht verwendet 3 Ebene von Interop- Aufruf-Optimierungen (basiert auf Übergang-Typ und Datentypen): just-in-time (JIT) inlining compiled assembly stubs interpreted marshaling stubs 10 Kapitel 21 - Nativer

12 1. Get LoadLibrary and GetProcAddress. 2. Build a DllImport stub from the signature containing the target address. 3. Push callee-saved registers. 4. Set up a DllImport frame, and push it onto the stack of frames. 5. If temporary memory is allocated, initialize a cleanup list for rapid freeing when the call completes. 6. Marshal parameters. (This could allocate memory.) 7. Change Garbage Collection mode from cooperative to preemptive, so a Garbage Collection can occur at any time. 8. Load the target address and call it. 9. If SetLastError bit is set, call GetLastError and store the result in a thread abstraction stored in Thread Local Storage. 10. Change back to cooperative Garbage Collection mode. 11. If PreserveSig=false and the method returned a failure HRESULT, throw an exception. 12. If no exception was thrown, back-propagate out and by-ref parameters. 13. Restore the Extended Stack Pointer to its original value to account for caller-popped arguments. 11 Kapitel 21 - Nativer

13 Literatur J. Richter: Applied Microsoft.NET Framework Programming. Microsoft Press, 2002 John Gough: Compiling for the.net CLR. Printic Hall, 2002 S. Lidin: Inside Microsoft.NET IL Assembler. Microsoft Press, 2002 Beer, Bringburger Mössenböck, Wöß : Die.NET-Technologie Grundlagen und Anwendungsprogrammierung. dpunkt.verlag, 2003 H. Schwichtenberg: Microsoft.NET Crashkurs. Microsoft Press, Standard ECMA-334 C# Language Specification, 3rd edition (June 2005), Standard ECMA-335 Common Language Infrastructure (CLI), 3rd edition (June 2005) msdn.microsoft.com/net/ Kapitel 21 - Nativer