Никита Цуканов "Кросс-платформенное объектно-ориентированное взаимодействие C# и C++"

При всей простоте использования технологии P/Invoke, она, увы, пригодна лишь для использования библиотек, предоставляющих функции в C-стиле. Объектно-ориентированное же взаимодействие с нативным кодом традиционно реализовывалось средствами C++/CLI, который не совместим с .NET Core (пока) и с не-Windows платформами (вообще).

С движением.NET на другие платформы возникает проблема взаимодействия с неуправляемой частью приложения, которую как-то надо решать.

В докладе будет представлено решение, которое:

- позволяет двухстороннее прозрачное взаимодействие между C++ и C# на уровне интерфейсов, которые могут реализовывать как классы C#, так и классы C++;
- обеспечивает контроль использования памяти на основе подсчёта ссылок;
- не изобретает новый велосипед, а не совсем традиционно использует давно проверенные временем и тысячами приложений технологии и принципы;
- на текущий момент успешно используется в проекте Avalonia для взаимодействия C#/C++/Objective-C без завязок на хитропропатченные рантаймы типа Xamarin.Mac.

Transcript

4. 4 Легкость интеропа с C
5. 5 Легкость интеропа с C • Накидал [DllImpoDllImport] и в д] и в дамки
6. 6 Легкость интеропа с C • Накидал [DllImpoDllImport] и в д] и в дамки • Все типы данных C представимы в C#, некоторые ещё и конвертируются автоматически (string st] и в дring -> wchar*/char*)
7. 7 Легкость интеропа с C • Накидал [DllImpoDllImport] и в д] и в дамки • Все типы данных C представимы в C#, некоторые ещё и конвертируются автоматически (string st] и в дring -> wchar*/char*) • Структуры данных — это просто структуры (string понятные предсказуемые смещения всех полей)
8. 8 Легкость интеропа с C • Накидал [DllImpoDllImport] и в д] и в дамки • Все типы данных C представимы в C#, некоторые ещё и конвертируются автоматически (string st] и в дring -> wchar*/char*) • Структуры данных — это просто структуры (string понятные предсказуемые смещения всех полей) • Можно спокойно вызывать любую C-функцию, а C передать любой метод, лямбду итп.
9. 9 Проблемы интеропа с C
10. 10 Проблемы интеропа с C • Управление памятью (string два вопроса: «кто?» и «как?»)
11. 11 Проблемы интеропа с C • Управление памятью (string два вопроса: «кто?» и «как?») char* get_file_name(char* path);
12. 12 Проблемы интеропа с C • Управление памятью (string два вопроса: «кто?» и «как?») char* get_file_name(char* path); • Управление временем жизни делегатов
13. 13 public delegate void MyCallback(int arg); [DllImport(Consts.LibraryPath)] static extern void SetCCallback(MyCallback cb); SetCCallback(i => Console.WriteLine("Called: " + i));
14. 14 private static MyCallback _callback; _callback = i => Console.WriteLine("Called:" + i); SetCCallback(_callback);
15. 15 void SetCallback(MyCallback cb, void* userData)
16. 16 public delegate void MyTargetedCallback(int arg); private static MyCallback _staticCallback = MyCallbackHandler; static void MyCallbackHandler(int arg, IntPtr userData) { var cb = (MyTargetedCallback) GCHandle.FromIntPtr(userData).Target; cb(arg); } public static GCHandle SetCallback(MyTargetedCallback cb) { var handle = GCHandle.Alloc(cb); SetCCallback(_staticCallback, GCHandle.ToIntPtr(handle)); return handle; }
17. 17 public delegate void MyTargetedCallback(int arg); private static MyCallback _staticCallback = MyCallbackHandler; static void MyCallbackHandler(int arg, IntPtr userData) { var cb = (MyTargetedCallback) GCHandle.FromIntPtr(userData).Target; cb(arg); } public static GCHandle SetCallback(MyTargetedCallback cb) { var handle = GCHandle.Alloc(cb); SetCCallback(_staticCallback, GCHandle.ToIntPtr(handle)); return handle; }
18. 18 public delegate void MyTargetedCallback(int arg); private static MyCallback _staticCallback = MyCallbackHandler; static void MyCallbackHandler(int arg, IntPtr userData) { var cb = (MyTargetedCallback) GCHandle.FromIntPtr(userData).Target; cb(arg); } public static GCHandle SetCallback(MyTargetedCallback cb) { var handle = GCHandle.Alloc(cb); SetCCallback(_staticCallback, GCHandle.ToIntPtr(handle)); return handle; }
19. 19 public delegate void MyTargetedCallback(int arg); private static MyCallback _staticCallback = MyCallbackHandler; static void MyCallbackHandler(int arg, IntPtr userData) { var cb = (MyTargetedCallback) GCHandle.FromIntPtr(userData).Target; cb(arg); } public static GCHandle SetCallback(MyTargetedCallback cb) { var handle = GCHandle.Alloc(cb); SetCCallback(_staticCallback, GCHandle.ToIntPtr(handle)); return handle; }
20. 20 public delegate void MyTargetedCallback(int arg); private static MyCallback _staticCallback = MyCallbackHandler; static void MyCallbackHandler(int arg, IntPtr userData) { var cb = (MyTargetedCallback) GCHandle.FromIntPtr(userData).Target; cb(arg); } public static GCHandle SetCallback(MyTargetedCallback cb) { var handle = GCHandle.Alloc(cb); SetCCallback(_staticCallback, GCHandle.ToIntPtr(handle)); return handle; }
21. 21 public delegate void MyTargetedCallback(int arg); private static MyCallback _staticCallback = MyCallbackHandler; static void MyCallbackHandler(int arg, IntPtr userData) { var cb = (MyTargetedCallback) GCHandle.FromIntPtr(userData).Target; cb(arg); } public static GCHandle SetCallback(MyTargetedCallback cb) { var handle = GCHandle.Alloc(cb); SetCCallback(_staticCallback, GCHandle.ToIntPtr(handle)); return handle; }
22. 22 public delegate void MyTargetedCallback(int arg); private static MyCallback _staticCallback = MyCallbackHandler; static void MyCallbackHandler(int arg, IntPtr userData) { var cb = (MyTargetedCallback) GCHandle.FromIntPtr(userData).Target; cb(arg); } public static GCHandle SetCallback(MyTargetedCallback cb) { var handle = GCHandle.Alloc(cb); SetCCallback(_staticCallback, GCHandle.ToIntPtr(handle)); return handle; }
23. 23 Поговорим про C++
24. 24 Поговорим про C++ • Накидал [DllImpoDllImport] и в д] и
25. 25 Поговорим про C++ • Накидал [DllImpoDllImport] и в д] и • ?Test] и в д@@YAXV?$basic_st] и в дring@DU?$char_t] и в дrait] и в дs@D@st] и в дd@@V? $allocat] и в дor@D@2@@st] и в дd@@V?$set] и в д@V?$basic_st] и в дring@DU? $char_t] и в дrait] и в дs@D@st] и в дd@@V?$allocat] и в дor@D@2@@st] и в дd@@U? $less@V?$basic_st] и в дring@DU?$char_t] и в дrait] и в дs@D@st] и в дd@@V? $allocat] и в дor@D@2@@st] и в дd@@@2@V?$allocat] и в дor@V? $basic_st] и в дring@DU?$char_t] и в дrait] и в дs@D@st] и в дd@@V? $allocat] и в дor@D@2@@st] и в дd@@@2@@2@@Z? Test] и в д2@MyClass@@QAEHAAHPBD@Z
27. 27 Сложности интеропа с C++
28. 28 Сложности интеропа с C++ • Мэнглинг имён (string ht] и в дt] и в дp://demangler.com/)
29. 29 Сложности интеропа с C++ • Мэнглинг имён (string ht] и в дt] и в дp://demangler.com/) • Структуры не структуры
30. 30 Сложности интеропа с C++ • Мэнглинг имён (string ht] и в дt] и в дp://demangler.com/) • Структуры не структуры • Разные модели наследования
31. 31 Сложности интеропа с C++ • Мэнглинг имён (string ht] и в дt] и в дp://demangler.com/) • Структуры не структуры • Разные модели наследования • Разные модели управления памятью (string GC в C# vs. (string «полу»-)ручное в C++)
32. 32 Исторически это решалось
33. 33 Исторически это решалось • На Windows — Managed C++, затем C++/CLI
34. 34 Исторически это решалось • На Windows — Managed C++, затем C++/CLI • На *nix — glue-код + P/Invoke
35. 35 Исторически это решалось • На Windows — Managed C++, затем C++/CLI • На *nix — glue-код + P/Invoke extern "C" int call_MyClass_void_Test2_intptr_charptr (MyClass* cl, int* arg, const char* arg2) { cl->Test2(arg, arg2); }
36. 36 Проблемы, толком не решаемые glue-кодом • в случае с экспортом C++-объекта в C# не всегда ясно, кто "владеет" объектом • в случае с экспортом C#-объекта в C++ всё ещё веселее
37. 37 Система
38. 38 Система Плагин 1 Плагин 2 Плагин 3
39. 39 Система Плагин 1 Плагин 2 Плагин 3 Плагин 4
40. 40 Система Плагин 1 Плагин 2 Плагин 3 Плагин 4 C# C# C#
41. 41 Система Плагин 1 Плагин 2 Плагин 3 Плагин 4 C++ C# C# C#
42. 42 Система Плагин 1 Плагин 2 Плагин 3 Плагин 4 C++ macOS C# C# C#
46. 46 А давайте попробуем использовать нечто, что поймут как C#, так и C++?
47. 47 А давайте попробуем использовать нечто, что поймут как C#, так и C++? • Этим «нечто» будет интерфейс
48. 48 Демо
49. 49 IFoo* IFoo*
50. 50 IFoo* IFoo* class Foo
51. 51 IFoo* IFoo* class Foo _field1 _field2 _field3 _field4 ...
52. 52 IFoo* IFoo* class Foo IFooVTable* _field1 _field2 _field3 _field4 ...
53. 53 IFoo* IFoo* class Foo IFooVTable* _field1 _field2 _field3 _field4 ... IFooVTable for Foo void Foo::Bar(string ) void Foo::Test] и в д(string ) ...
54. 54 Продолжаем демо
55. 55 Остались 2 проблемы • Не понятно, как управлять памятью • Не понятно, как кастовать интерфейсы
56. 56 Reference count] и в дing void Obtain(); void Release();
57. 57 Специальный метод для каста void* GetInterface(int id);
58. 58 Базовый интерфейс struct IInteropBase { virtual InteropBase* GetInterface(int id) = 0; virtual void Obtain() = 0; virtual void Release () = 0; };
59. 59 Вперед в прошлое
60. 60 IUnknown struct IUnknown { virtual HRESULT STDMETHODCALLTYPE QueryInterface( REFIID riid, void **ppvObject) = 0; virtual ULONG STDMETHODCALLTYPE AddRef( void) = 0; virtual ULONG STDMETHODCALLTYPE Release( void) = 0; };
61. 61 Демо
62. 62 На кой нам FORWARD_IUNKNOWN(string )? struct IBase { virtual void BaseMethod() = 0; }; class CBase : public IBase { public: virtual void BaseMethod() override { /* Do something */ } };
63. 63 На кой нам FORWARD_IUNKNOWN(string )? struct IDerived : IBase { virtual void DerivedMethod() = 0; }; class CDerived : public IDerived, public CBase { public: virtual void DerivedMethod() override { /* Do something */ } };
64. 64 На кой нам FORWARD_IUNKNOWN(string )? IBase CBase IDerived CDerived
65. 65 На кой нам FORWARD_IUNKNOWN(string )? IBase CBase IDerived CDerived IBase
66. 66 На кой нам FORWARD_UNKNOWN(string )? struct IBase { virtual void BaseMethod() = 0; }; class CBase : public virtual IBase { public: virtual void BaseMethod() override { /* Do something */ } };
67. 67 На кой нам FORWARD_IUNKNOWN(string )? struct IDerived : virtual IBase { virtual void DerivedMethod() = 0; }; class CDerived : public IDerived, public CBase { public: virtual void DerivedMethod() override { /* Do something */ } };
69. 69 На кой нам FORWARD_IUNKNOWN(string )? class CDerived : public IDerived, public CBase { public: virtual void BaseMethod() override { CBase::BaseMethod(); } virtual void DerivedMethod() override { /* Do something */ } };
70. 70 ATL делает так: template <typename Itf> class IBaseImpl : public Itf { public: void BaseMethod() override; }; class CBase : public IBaseImpl<IBase> {}; class CDerived : public IBaseImpl<IDerived> { public: void DerivedMethod() override; };
71. 71 ATL делает так: IBase CBase IDerived CDerived Ист: ht] и в дt] и в дps://st] и в дackoverflow.com/q/42576982 IBaseImpl<IBase> IBaseImpl<IBase>
72. 72 Продолжаем демо
73. 73 Проблемы встроенной поддержки COM
74. 74 Проблемы встроенной поддержки COM • Неудобно освобождать unmanaged-объекты
75. 75 Проблемы встроенной поддержки COM • Неудобно освобождать unmanaged-объекты • Нет уведомления об ненужности managed-объекта
76. 76 Проблемы встроенной поддержки COM • Неудобно освобождать unmanaged-объекты • Нет уведомления об ненужности managed-объекта • Не поддерживается в CoreCLR на не-Windows
77. 77 Проблемы встроенной поддержки COM • Неудобно освобождать unmanaged-объекты • Нет уведомления об ненужности managed-объекта • Не поддерживается в CoreCLR на не-Windows • Тормозит
79. 79 Демо
80. 80 Ограничения • Нет событий, придётся работать как на Java (string в тот момент, когда в COM добавили события всё покатилось в трубу) • Неудобно делать иерархии наследования интерфейсов и классов в C++-коде
81. 81 Где используется?
82. 82 Где используется? • Ну, например, мхм, Visual St] и в дudio
83. 83 Где COM используется на *nix?
84. 84 Где COM используется на *nix? • Отладчик CoreCLR (string libdbgshim.so/dylib)
85. 85 Где COM используется на *nix? • Отладчик CoreCLR (string libdbgshim.so/dylib) • Avalonia.Nat] и в дive (string OSX-бэкэнд)
86. 86 Спикер Никита Цуканов nikit] и в дa.d.t] и в дsukanov@gmail.com Telegram: kekekeks Примеры ht] и в дt] и в дps://git] и в дhub.com/kekekeks/dont] и в дext] и в д2019spb SharpGenTools ht] и в дt] и в дps://sharpgent] и в дools.readt] и в дhedocs.io/en/lat] и в дest] и в д/ ht] и в дt] и в дps://git] и в дhub.com/SharpGenTools/SharpGenTools/