ringill: [.NET] Вызов низкоуровневого кода из CLR

[.NET] Вызов низкоуровневого кода из CLR
Речь идёт о вызове низкоуровневой функции, принадлежащей динамической библиотеке (DLL), из управляемого кода (на C#, например). Есть несколько способов это сделать:

P/Invoke — наиболее распространённый способ. Прототип вызываемой функции описывается в коде на C# с указанием директивы DllImport, и вызывается элементарно:
```
[DllImport("mylib.dll")]
static public extern int MyFunc (int param1, int param2);

static void Main ()
{
  int res = MyFunc(10, 20);
}
```
Это работает медленно. Я не знаю, почему. Если такие вызовы редки — ничего
страшного, но если их миллионы (а сама вызываемая функция проста), то избыточность
становится заметна.
UPDATE: На современной .NET уже быстро, поэтому всё последующее можно не читать.

Чтобы вызывать функцию из DLL миллионы раз, достаточно один раз получить её адрес. Процесс вызова прост:
кладём аргументы на стек, кладём адрес функции на стек, делаем calli и ret.
Получить адрес можно вызовом GetProcAddress, через DllImport из kernel32.dll. Медленно, но всего один раз на миллион вызовов.

Для работы со стеком напрямую можно задействовать MSIL, скомпилировав код
на этом языке в отдельную сборку. Это товарищ Neil Cowburn догадался.
Вот пример: делаем файл FunctionCaller.il
```
.assembly extern mscorlib {}
.assembly FunctionCaller {}

.class public FunctionCaller
{
  .method public static int32 IntMethod_Int_Int (native int pfn, int32 param1, int32 param2) 
  { 
    .maxstack 3
    ldarg.1 // для передачи по ссылке следует использовать ldarga
    ldarg.2
    ldarg.0
    calli unmanaged stdcall int32 (int32, int32) 
    ret 
  } 
}
```
Компилируем его командой ilasm.exe /dll FunctionCaller.il, и FunctionCaller.dll подключаем
в проект как Reference. А вот код на C#:
```
[DllImport("kernel32.dll")]
static extern IntPtr LoadLibrary (string file_name);

[DllImport("kernel32.dll")]
static extern IntPtr GetProcAddress (IntPtr module, string proc_name);

[DllImport("kernel32.dll")]
static extern bool FreeLibrary (IntPtr module);

static void Main ()
{
  IntPtr lib = LoadLibrary("mylib.dll");
  IntPtr myfunc_ptr = GetProcAddress(lib, "MyFunc");
  
  int res = FunctionCaller.IntMethod_Int_Int(myfunc_ptr, 10, 20);
  
  FreeLibrary(lib);
}
```

Указанный код для работы со стеком можно конструировать на этапе выполнения, пользуясь
механизмами System.Reflection. Полноценный пример приведён в microsoft.public.dotnet.languages.csharp.
Однако, там используется вызов MethodInfo.Invoke, который хоть и быстрее, чем P/Invoke, но тоже избыточен.

Для преодоления его избыточности есть приём —
создание делегата с помощью CreateDelegate. Вот как это делается:

delegate int MyFuncInvoker (int param1, int param2);

static void Main ()
{
  IntPtr lib = LoadLibrary("mylib.dll");
  IntPtr myfunc_ptr = GetProcAddress(lib, "MyFunc");

  AssemblyName assembly_name = new AssemblyName("Invokable");
  AssemblyBuilder assembly_builder =
     AppDomain.CurrentDomain.DefineDynamicAssembly(assembly_name, AssemblyBuilderAccess.Run);
  ModuleBuilder module_builder = assembly_builder.DefineDynamicModule("CInvoker");

  // тип возвращаемого значения и типы параметров нашей функции
  Type return_type = typeof(int);
  Type[] parameter_types = new Type[] { typeof(int), typeof(int) };

  DynamicMethod dynamic_method = new DynamicMethod("Invoker",
     MethodAttributes.Public | MethodAttributes.Static, CallingConventions.Standard,
     return_type, parameter_types, module_builder, false);

  // начинаем конструировать код, аналогичный вышеприведённому на MSIL
  ILGenerator il_generator = dynamic_method.GetILGenerator();
  
  // положить параметры на стек; опять же, для передачи по ссылке следует использовать Ldarga
  il_generator.Emit(OpCodes.Ldarg, 0);
  il_generator.Emit(OpCodes.Ldarg, 1);

  // положить адрес функции на стек
  il_generator.Emit(OpCodes.Ldc_I4, myfunc_ptr.ToInt32());
  // (для 64-битных систем следует написать (OpCodes.Ldc_I8, myfunc_ptr.ToInt64())

  // сделать calli и ret
  il_generator.EmitCalli(OpCodes.Calli, CallingConvention.StdCall, return_type, parameter_types);
  il_generator.Emit(OpCodes.Ret);
  
  // код сконструировали; теперь создаём делегат
  MyFuncInvoker myfunc_invoker = (MyFuncInvoker)dynamic_method.CreateDelegate(typeof(MyFuncInvoker));

  int res = myfunc_invoker(10, 20);
  
  FreeLibrary(lib);
}

Сравнительное время миллиона вызовов пустой функции

P/Invoke	~5 сек.
Код от `ILGenerator`, вызванный через `MethodInfo.Invoke()`	~3.7 сек.
Код от `ILGenerator`, вызванный через `DynamicMethod.CreateDelegate()`	~0.5 сек.
Вызов через отдельную сборку на MSIL	~0.5 сек.

Вызовы двумя последними способами происходят быстрее в десять раз.
Чем они отличаются между собой? Первый лучше тем, что не требует добавлять в проект отдельную сборку.

(Читать комментарии) - (Добавить комментарий)

	aamonster@lj 2008-03-24 04:26 (ссылка)
	Интересно. На аамонстер-псина-мыл-ру. А то вариант с делегатом из первоначального поста мне так и не удалось скомпилить/запустить. (Ответить) (Уровень выше) (Ветвь дискуссии)

ringill@lj
2008-03-24 07:13 (ссылка)

Выложил, так сказать, в публичный доступ:

http://ringill.googlepages.com/clrtest.zip
Рассчитано на сборку в конфигурации Release.

А в приведённом коде у меня была ошибка: вместо

il_generator.Emit(OpCodes.Ldarg, 1);
il_generator.Emit(OpCodes.Ldarg, 2);

надо

il_generator.Emit(OpCodes.Ldarg, 0);
il_generator.Emit(OpCodes.Ldarg, 1);

Прошу прощения.

(Ответить) (Уровень выше)

(Читать комментарии) -