在.NET与C++之间传输集合数据
上一篇《在C++中反射调用.NET（二）》中，我们尝试了反射调用一个返回DTO对象的.NET方法，今天来看看如何在.NET与C++之间传输集合数据。
使用非泛型集合的委托方法
先看看.NET类中的一个返回列表数据的方法：
//返回List或者数组，不影响 C++调用
public List<IUserInfo> GetUsers(string likeName)
{
List<IUserInfo> users = new List<NetLib.IUserInfo>();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
IUserInfo userinfo = GetUserByID(i);
userinfo.Name += likeName;
users.Add(userinfo);
}
//return users.ToArray();
return users;
}
public IUserInfo GetUserByID(int userId)
{
IUserInfo userinfo= EntityBuilder.CreateEntity<IUserInfo>();
userinfo.ID = userId;
userinfo.Name = "姓名_" + userId;
userinfo.Birthday = new DateTime(1980, 1, 1);
return userinfo;
}
该方法没有什么复杂业务逻辑，就是将传递进来的参数给DTO对象，创建包含10个这样的对象的列表并返回而已。
对于 GetUsers方法，我们可以创建下面的委托方法来绑定：
Func<String, IEnumerable> fun;
注意这里使用的是非泛型的 IEnumerable接口，在C++需要使用下面这个命名空间：
using namespace System::Collections;
那么为何不能使用泛型集合呢？
using namespace System::Collections::Generic;
因为在C++端，没有直接引用用户项目的.NET程序集，并不知道泛型集合类型的具体类型，IUserInfo这个接口无法直接访问，好在IEnumerable<T>也是继承 IEnumerable 的，所以可以当做非泛型对象在C++中访问，因此创建上面的委托方法是可行的。
C++中的列表对象list
下面看看完整的C++/CLI反射调用的代码：
std::list<CppUserInfo> GetUsers(String^ likeName)
{
//调用.NET方法，得到结果
MethodInfo^ method = dotnetObject->GetType()->GetMethod("GetUsers", BindingFlags::Public | BindingFlags::Instance);
Func<String^, IEnumerable^>^ fun = (Func<String^, IEnumerable^>^)Delegate::CreateDelegate(Func<String^, IEnumerable^>::typeid,
this->dotnetObject, method);
IEnumerable^ result = fun(likeName);
std::list<CppUserInfo> cppResult;
for each (Object^ item in result)
{
Func<String^, Object^>^ entityProp = EntityHelper::EntityCallDelegate(item);
CppUserInfo user;
user.ID = (int)entityProp("ID");
user.Name = (String^)entityProp("Name");
user.Birthday = Convert2CppDateTime((DateTime^)entityProp("Birthday"));
cppResult.push_back(user);
}
return cppResult;
}
在C++中，常常使用 list来表示一个列表数据，例如上面方法中的代码：
std::list<CppUserInfo> cppResult;
为此C++需要包含以下头文件：
#include <list>
要将一个对象添加到列表结尾，像下面这样调用即可：
cppResult.push_back(user);
在上一篇中已经讲述了如何从.NET对象转换给C++本地结构体，所以这个转换代码可以直接拿来用，综合起来，要从.NET集合得到C++的列表对象，像下面这样使用：
std::list<CppUserInfo> cppResult;
for each (Object^ item in result)
{
Func<String^, Object^>^ entityProp = EntityHelper::EntityCallDelegate(item);
CppUserInfo user;
user.ID = (int)entityProp("ID");
user.Name = (String^)entityProp("Name");
user.Birthday = Convert2CppDateTime((DateTime^)entityProp("Birthday"));
cppResult.push_back(user);
}
C++传递集合数据给.NET
前面讲了从.NET反射调用获得一个集合，看起来比较容易，但是从C++反射调用时候传递一个集合就不容易了。注意，这里传递的还是.NET的集合，所以这里需要做3件事情：
1，首先构建一个.NET集合对象；
2，转换C++本机结构数据到.NET集合元素；
3，反射调用.NET方法，传递数据过去。
先看要反射调用的.NET方法定义：
public bool SaveUsers(IList<IUserInfo> users)
{
UserDb.AddRange(users);
return true;
}
方法非常简单，没有什么业务逻辑，接受一个列表接口的数据，然后返回一个布尔值。
在C++端看来，SaveUsers方法的参数对象是一个泛型集合，但是具体是什么对象并不知道，所以需要反射出泛型集合的类型，同时还需要构建这样一个泛型集合对象实例。
在本例中，要得到IUserInfo 这个泛型集合的类型，可以通过下面的代码：
MethodInfo^ method = dotnetObject->GetType()->GetMethod("SaveUsers", BindingFlags::Public | BindingFlags::Instance);
array<ParameterInfo^>^ pars = method->GetParameters();
Type^ paraType= pars[0]->ParameterType;
Type^ interfaceType = paraType->GetGenericArguments()[0];
注意上面的代码中使用了C++/CLI的数组类型 array<Type^>^ ,而不是C++标准库的数组，因此不要引用下面的命名空间：
using namespace std;
否则VS会提示数组定义缺少参数。
创建泛型List实例
我们使用List来做集合对象，在C#中，我们可以通过下面的方式得到List泛型的类型，然后进一步创建泛型对象实例：
Type t= typeof(List<>);
但是，对应的C++/CLI写法却无法通过编译：
Type^ t=List<>::typeid;
VS总是提示List缺少类型参数，不过像下面这样子是可以的：
Type^ t2= List<IUserInfo>::typeid;
但是IUserInfo 类型正是我们要动态反射的，事先并不知道，所以一时不知道在C++/CLI中如何构建List泛型的具体实例，MS你不能这么坑好么？
既然无法直接解决，只好曲线救国了，通过类型名字，来创建类型：
String^ listTypeName = System::String::Format("System.Collections.Generic.List`1[{0}]", interfaceType->FullName);
可惜，这种方式不成功，只好一步步来了，先创建基本的List泛型类型：
String^ listTypeName = "System.Collections.Generic.List`1"; Type^ listType = System::Type::GetType(listTypeName);
成功，在此基础上，创建真正的泛型List对象实例就可以了，完整代码如下：
static Type^ CreateGenericListType(Type^ interfaceType)
{
//直接这样创建泛型List不成功：
// String^ listTypeName = System::String::Format("System.Collections.Generic.List`1[{0}]", interfaceType->FullName);
String^ listTypeName = "System.Collections.Generic.List`1";
Type^ listType = System::Type::GetType(listTypeName);
Type^ generListType = listType->MakeGenericType(interfaceType);
return generListType;
}
static IList^ CreateGenericList(Type^ interfaceType)
{
Type^ generListType = CreateGenericListType(interfaceType);
Object^ listObj = System::Activator::CreateInstance(generListType, nullptr);
IList^ realList = (IList^)listObj;
return realList;
}
在方法 CreateGenericListType得到只是一个泛型List的类型，但我们并不知道这个List具体的形参类型，所以这个泛型List还是无法直接使用，幸好，泛型List也是继承自非泛型的IList接口的，所以在 CreateGenericList 方法中将泛型List对象转换成IList接口对象，之后就可以愉快的使用List对象了。
IList^ realList = CreateGenericList(interfaceType);
realList->Add(CurrEntity);//CurrEntity 是interfaceType 类型的动态实体类
反射静态方法
在上一篇中，我们在一个.NET方法中通过接口动态创建实体类，用的是下面的方式：
IUserInfo userinfo= EntityBuilder.CreateEntity<IUserInfo>();
CreateEntity是EntityBuilder的静态方法，现在我们需要在C++/CLI中，反射调用此方法。
为什么要反射创建实体类？
因为CreateGenericList(interfaceType) 创建的是一个泛型List对象，要求它的成员是一个实体类。
Object^ CreateEntityFromInterface(Type^ interfaceType)
{
MethodInfo^ method = this->entityBuilderType->GetMethod("CreateEntity", BindingFlags::Public | BindingFlags::Static);
MethodInfo^ genMethod = method->MakeGenericMethod(interfaceType);
Object^ entity = genMethod->Invoke(nullptr, nullptr);
this->CurrEntity = entity;
return entity;
}
注意，由于是反射调用静态方法，并且调用方法时候并不需要参数，所以Invoke方法的参数为空。
在C++/CLI中，用nullptr表示空引用，跟C#的null作用一样。
反射调用索引器
SOD实体类可以通过索引器来访问对象属性，例如下面的C#代码：
int id=(int)CurrEntity["ID"]; CurrEntity["Name"]="张三"; string name=(string)CurrEntity["Name"];//张三
下面，我们研究如何通过索引器来给实体类的属性赋值：
我们定义一个 EntityHelper的C++/CLI类，在中间添加下面的代码：
private:
Type^ entityBuilderType;
MethodInfo^ mset;
Object^ _CurrEntity;
//Action<String^, Object^>^ idxAction;
void SetPropertyValue(Object^ entity, MethodInfo^ propMethod, String^ propName, Object^ value)
{
array<Object^>^ paraArr = gcnew array<Object^>{propName, value};
propMethod->Invoke(entity, paraArr);
}
public:
void set(Object^ value)
{
this->mset = _CurrEntity->GetType()->GetMethod("set_Item", BindingFlags::Public | BindingFlags::Instance);
//this->idxAction= (Action<String^, Object^>^)Delegate::CreateDelegate(Action<String^, Object^>::typeid, _CurrEntity, this->mset);
}
void SetPropertyValue(String^ propName, Object^ value)
{
this->SetPropertyValue(this->CurrEntity, this->mset, propName, value);
//参数类型为 Object的委托，可能没有性能优势，反而更慢。
//this->idxAction(propName, value);
}
对索引器的访问，实际上就是调用类的 set_Item 方法，VS编译器会给包含索引器的对象生成这个方法，一般来说我们会对要反射调用的方法创建一个委托，但是实验证明，对索引器使用委托方法调用，反而效率不如直接反射调用，即下面的代码：
void SetPropertyValue(Object^ entity, MethodInfo^ propMethod, String^ propName, Object^ value)
{
array<Object^>^ paraArr = gcnew array<Object^>{propName, value};
propMethod->Invoke(entity, paraArr);
}
注：C++/CLI 的数组，也可以通过{ } 进行初始化。
一切准备就绪，下面可以通过以下步骤提交集合数据给.NET方法了：
1，反射.NET方法，获取参数的泛型形参类型；
2，创建此泛型形参的泛型List对象实例；
3，遍历C++集合（列表list），将结构数据赋值给动态创建的实体类对象；
4，添加动态实体类到泛型List对象集合内；
5，反射调用.NET方法，提交数据。
//示例1：直接调用.NET强类型的参数方法
//仅仅适用于有一个参数的情况并且要求是泛型类型参数
bool SaveUsers(std::list<CppUserInfo> users)
{
MethodInfo^ method = dotnetObject->GetType()->GetMethod("SaveUsers", BindingFlags::Public | BindingFlags::Instance);
array<ParameterInfo^>^ pars = method->GetParameters();
Type^ paraType= pars[0]->ParameterType;
Type^ interfaceType = paraType->GetGenericArguments()[0];
IList^ realList = CreateGenericList(interfaceType);
Object^ userObj = helper->CreateEntityFromInterface(interfaceType);
for each (CppUserInfo user in users)
{
helper->CurrEntity = ((ICloneable^)userObj)->Clone();//使用克隆，避免每次反射
helper->SetPropertyValue("ID", user.ID);
helper->SetPropertyValue("Name", gcnew String(user.Name));
helper->SetPropertyValue("Birthday", Covert2NetDateTime(user.Birthday));
realList->Add(helper->CurrEntity);
}
Object^ result= method->Invoke(dotnetObject, gcnew array<Object^>{ realList});
return (bool)result;
}
使用弱类型集合传输数据
当委托遇到协变和逆变
看看下面两个委托方法，哪个可以绑定到本文说的这个.NET方法：
bool SaveUsers(IList<IUserInfo> users){ }
Func<List<IUserInfo>,bool> fun;
Func<List<Object>,bool> fun2;
很明显，委托方法 fun2不能绑定，因为参数是 in 的，不是方法out的，所以调用的参数类型不能使用派生程度更小的类型；
再看看下面这种情况：
List<IUserInfo> GetUsers(string likeName){ }
Func<string,IEnumerable<IUserInfo>> fun;
Func<string,IEnumerable> fun2;
这里，fun,fun2都可以绑定到方法上，因为泛型方法的形参作为返回值，是out的，可以使用派生程度更小的类型。
这是不是很熟悉的泛型类型的 协变和逆变？
我们知道，反射的时候，利用委托绑定要反射的方法，能够大大提高方法的调用效率，所以对于我们的方法参数，如果调用的时候无法获知具体的类型，从而无法正确构造合适的委托方法，不如退而求其次，让被调用的方法参数采用弱类型方式，这样就可以构造对应的委托方法了。
因此，对我们.NET方法中的 SaveUsers 进行改造：
public bool SaveUsers(IList<IUserInfo> users)
{
UserDb.AddRange(users);
return true;
}
public IUserInfo CreateUserObject()
{
return EntityBuilder.CreateEntity<IUserInfo>();
}
public bool SaveUsers2(IEnumerable<Object> para)
{
var users = from u in para
select u as IUserInfo;
return SaveUsers (users.ToList());
}
这里增加一个方法 SaveUsers2，它采用IEnumerable<Object> ,而不是更为具体的 IList<IUserInfo>，那么采用下面的方式构造方法 SaveUsers2 对应的委托方法就可以了：
MethodInfo^ method = dotnetObject->GetType()->GetMethod("SaveUsers2", BindingFlags::Public | BindingFlags::Instance);
Func<System::Collections::Generic::IEnumerable<Object^>^,bool>^ fun2 =
(Func<System::Collections::Generic::IEnumerable<Object^>^, bool>^)Delegate::CreateDelegate(System::Func<Collections::Generic::IEnumerable<Object^>^, bool>::typeid,
this->dotnetObject, method);
这样要构造一个泛型List就不必像之前的方法那么麻烦了：
System::Collections::Generic::List<Object^>^ list = gcnew System::Collections::Generic::List<Object^>;
反射调用SaveUser2完整的代码如下：
//示例2：调用.NET弱类型的参数方法，以便通过委托方法调用
//构建委托方法比较容易，适用于参数数量多于1个的情况，
bool SaveUsers2(std::list<CppUserInfo> users)
{
MethodInfo^ method = dotnetObject->GetType()->GetMethod("SaveUsers2", BindingFlags::Public | BindingFlags::Instance);
Func<System::Collections::Generic::IEnumerable<Object^>^,bool>^ fun2 =
(Func<System::Collections::Generic::IEnumerable<Object^>^, bool>^)Delegate::CreateDelegate(System::Func<Collections::Generic::IEnumerable<Object^>^, bool>::typeid,
this->dotnetObject, method);
Object^ userObj = CreateUserObject();
System::Collections::Generic::List<Object^>^ list = gcnew System::Collections::Generic::List<Object^>;
for each (CppUserInfo user in users)
{
helper->CurrEntity = ((ICloneable^)userObj)->Clone();//使用克隆，避免每次反射
helper->SetPropertyValue("ID", user.ID);
helper->SetPropertyValue("Name", gcnew String(user.Name));
helper->SetPropertyValue("Birthday", Covert2NetDateTime(user.Birthday));
list->Add(helper->CurrEntity);
}
bool result = fun2(list);
return result;
}
性能测试
C++/CLI 反射性能测试
为了测试 C++/CLI 反射调用两种方案（直接反射调用，委托方法调用）的效率，我们循环1000次测试，下面是测试代码：
NetLibProxy::UserProxy^ proxy = gcnew NetLibProxy::UserProxy("..\\NetLib\\bin\\Debug\\NetLib.dll");
std::list<CppUserInfo> list = proxy->GetUsers("张");
System::Console::WriteLine("C++ Get List data From .NET function,OK.");
System::Diagnostics::Stopwatch^ sw = gcnew System::Diagnostics::Stopwatch;
sw->Start();
for (int i = 0; i<1000; i++)
proxy->SaveUsers(list);
sw->Stop();
System::Console::WriteLine("1,1000 loop,C++ Post List data To .NET function,OK.use time(ms):{0}",sw->ElapsedMilliseconds);
sw->Restart();
for(int i=0;i<1000;i++)
proxy->SaveUsers2(list);
sw->Stop();
System::Console::WriteLine("2,1000 loop,C++ Post List data To .NET function,OK..use time(ms):{0}", sw->ElapsedMilliseconds);
不调试，直接执行：
C++ Get List data From .NET function,OK. 1,1000 loop,C++ Post List data To .NET function,OK.use time(ms):65 2,1000 loop,C++ Post List data To .NET function,OK..use time(ms):48
可见，虽然在.NET程序端，我们使用了弱类型的泛型集合，综合起来还是反射+委托方法执行，效率要高。
所以如果你能够适当对要调用的.NET方法进行封装，那么可采用使用弱类型集合传输数据的方案，否则，就在C++/CLI端多写2行代码，使用强类型传输数据的方案。
与.NET直接调用和反射的性能比较
在本篇的方案中，都是C++反射来调用.NET方法的，如果都是在.NET应用程序中直接调用或者反射.NET方法，性能差距有多少呢？
我们模拟文中 C++/CLI的UserProxy，写一个.NET中的 UserProxy:
struct UserStruct
{
public int ID;
public string Name;
public DateTime Birthday;
}
class UserProxy
{
User user;
public UserProxy()
{
user = new User();
}
public List<UserStruct> GetUsers(string likeName)
{
List<UserStruct> result = new List<NetApp.UserStruct>();
var list = user.GetUsers(likeName);
foreach (var item in list)
{
UserStruct us;
us.ID = item.ID;
us.Name = item.Name;
us.Birthday = item.Birthday;
result.Add(us);
}
return result;
}
public bool SaveUsers(IList<UserStruct> users)
{
List<IUserInfo> list = new List<IUserInfo>();
IUserInfo userObj = user.CreateUserObject();
foreach (var item in users)
{
IUserInfo currUser = (IUserInfo)((ICloneable)userObj).Clone();
currUser.ID = item.ID;
currUser.Name = item.Name;
currUser.Birthday = item.Birthday;
list.Add(currUser);
}
bool result = user.SaveUsers(list);
return result;
}
Object CreateUserObject()
{
MethodInfo method = user.GetType().GetMethod("CreateUserObject", BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance);
Func<Object> fun = (Func<Object>)Delegate.CreateDelegate(typeof( Func<Object>), user, method);
return fun();
}
//反射+委托
public bool SaveUsers2(IList<UserStruct> users)
{
MethodInfo method = user.GetType().GetMethod("SaveUsers2", BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance);
Func<System.Collections.Generic.IEnumerable<Object>, bool> fun2 = (Func<System.Collections.Generic.IEnumerable<Object>, bool>)Delegate.CreateDelegate(typeof( System.Func<System.Collections.Generic.IEnumerable<Object>, bool>),
user, method);
List<IUserInfo> list = new List<IUserInfo>();
object userObj = CreateUserObject();
foreach (var item in users)
{
IUserInfo currUser = (IUserInfo)((ICloneable)userObj).Clone();
currUser.ID = item.ID;
currUser.Name = item.Name;
currUser.Birthday = item.Birthday;
list.Add(currUser);
}
bool result = fun2(list);
return result;
}
}
.Net UserProxy
然后同样循环1000此调用，直接执行，看执行结果：
1,1000 loop,.NET Post List data To .NET function,OK.use time(ms):4 2,1000 loop,.NET Reflection Post List data To .NET function,OK.use time(ms):14
可见，.NET 平台内调用，反射+委托的性能是接近于直接方法调用的。
综合对比，C++/CLI中反射调用.NET,比起在.NET平台内部反射调用，性能没有很大的差距，所以C++/CLI中反射调用.NET是一个可行的方案。
总结
C++/CLI是一种很好的混合编写本机代码与.NET托管代码的技术，使用它反射调用.NET方法也是一种可行的方案，结合PDF.NET SOD框架的实体类特征，可以更加方便的简化C++/CLI反射代码的编写并且提高C++代码与.NET代码通信的效率。
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