C# - C++과의 연동을 위한 구조체의 fixed 배열 필드 사용 (2)
이번 글은 예전에 작성한 첫 번째 글의,
C# - C++과의 연동을 위한 구조체의 fixed 배열 필드 사용
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12647
개정판입니다. 이게 시간이 지나 또다시 테스트하니 결과가 달라져 다시 정리합니다. 기존 내용은 읽어보실 필요 없고 그냥 새 글처럼 정리하니 이번 글만 읽어보시면 되겠습니다.
지난 글에서 이미 다음의 내용으로 fixed 필드에 대한 설명을 했었습니다. (참고로 제 책에서는 "5.1.3.6 고정 크기 버퍼: fixed" 절에서 설명합니다.)
C# 7.3 - 구조체의 고정 크기를 갖는 fixed 배열 필드에 대한 직접 접근 가능
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11556
fixed로 인해 구조체의 배열 멤버에 대한 고정 크기를 갖게 바뀌었기 때문에 C/C++과의 Interop이 더욱 편해졌는데요, 일례로, C#에서 fixed 배열 필드를 갖는 구조체를 다음과 같은 식으로 정의해,
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public unsafe struct TestStruct
{
public const int MaxLength = 20;
public short shortField;
public int intField;
fixed char txt[MaxLength];
public fixed long fields[MaxLength];
public unsafe string Text
{
get
{
fixed (char* pText = txt) return new string(pText);
}
set
{
if (value.Length > MaxLength)
{
throw new ArgumentOutOfRangeException();
}
fixed (char* pDst = txt) Marshal.Copy(value.ToArray(), 0, new IntPtr(pDst), value.Length);
}
}
}
C#에서 사용하면 다음과 같은 결과를 보일 것입니다.
static unsafe void Main(string[] args)
{
TestStruct ts = new TestStruct();
ts.shortField = 5;
ts.intField = 100;
ts.Text = "test is good";
for (int i = 0; i < TestStruct.MaxLength; i++)
{
ts.fields[i] = (i * 2) + 100;
}
Console.WriteLine("[C# output (passing to C++)]");
OutputStruct(ts);
}
static unsafe void OutputStruct(in TestStruct ts)
{
Console.WriteLine($"{ts.shortField}, {ts.intField}, {ts.Text}");
for (int i = 0; i < TestStruct.MaxLength; i++)
{
Console.Write($"{ts.fields[i]},");
}
}
/* 출력 결과
[C# output (passing to C++)]
5, 100, test is good
100,102,104,106,108,110,112,114,116,118,120,122,124,126,128,130,132,134,136,138,
*/
자, 그럼 이 구조체를 C/C++로 전달해 볼까요? ^^ 이를 위해 C/C++ 측에서는 다음과 같은 구조체를 만들고,
#pragma pack(push, 1)
struct TestStruct
{
short shortField;
int intField;
wchar_t txt[20];
__int64 fields[20];
};
#pragma pack(pop, 1)
// 정렬되지 않은 구조체의 멤버를 접근하는 것은 (특히 RISC 프로세서 시스템에서는) 성능상 좋지 않습니다.
// Anybody who writes #pragma pack(1) may as well just wear a sign on their forehead that says “I hate RISC”
// ; https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20200103-00/?p=103290
이렇게 사용할 수 있습니다.
__declspec(dllexport) void __stdcall FixedStructTest(TestStruct *test, int bufLen)
{
wprintf(L"[C++ output (from C#)]\n");
wprintf(L"%d, %d, %ls\n", test->shortField, test->intField, test->txt);
for (int i = 0; i < bufLen; i++)
{
wprintf(L"%I64d,", test->fields[i]);
}
wprintf(L"\n");
}
그런데, 위의 코드를 C#에서 호출해 보면 결과가 약간 이상하게 나옵니다.
[DllImport("Dll1.dll")]
public static extern void FixedStructTest(ref TestStruct test, int bufLen);
static unsafe void Main(string[] args)
{
TestStruct ts = new TestStruct();
ts.shortField = 5;
ts.intField = 100;
ts.Text = "test is good";
for (int i = 0; i < TestStruct.MaxLength; i++)
{
ts.fields[i] = (i * 2) + 100;
}
FixedStructTest(ref ts, TestStruct.MaxLength);
}
/* 출력 결과
[C++ output (from C#)]
5, 100, t
100,102,104,106,108,110,112,114,116,118,120,122,124,126,128,130,132,134,136,138,
*/
보는 바와 같이, C#에서 전달한 long 배열 값은 정상적으로 C/C++에 전달되었지만, char 배열에 대해서는 한 개의 문자만 전달됐습니다. 이런 결과는 (ref로 전달했으므로) C/C++ 측에서 값을 변경해 C#으로 전달할 때도 동일하게 발생합니다.
즉, C/C++ 측에서 다음과 같이 값을 바꿔 반환하면,
__declspec(dllexport) void __stdcall FixedStructTest(TestStruct *test, int bufLen)
{
// ...[생략]...
test->shortField = test->shortField + 100;
test->intField = test->intField + 100;
wcscpy_s(test->txt, L"qwer en baad");
for (int i = 0; i < bufLen; i++)
{
test->fields[i] = (i * 2) + 200;
}
}
C# 측에서 받았을 때의 출력 결과는 이렇게 바뀝니다.
[C# output (from C++)]
105, 200, qest is good
200,202,204,206,208,210,212,214,216,218,220,222,224,226,228,230,232,234,236,238,
역시 이번에도 다른 모든 값은 정상적으로 반환되었지만, "test..." 문자열의 첫 번째 문자만 "q"로 바뀌어 출력됩니다.
이것의 근본적인 문제는 char인 경우에 대한 닷넷 런타임의 마샬링이 ANSI라는 점입니다. 그래서 유니코드인 경우 두 번째 바이트가 '\0'이 돼 null 처리로 인한 첫 번째 문자만 마샬링되는 문제가 있는 것입니다.
따라서, 이것을 해결하는 가장 간단한 방법은 char 마샬링을 Unicode로 하라고 힌트를 주면 됩니다.
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1, CharSet = CharSet.Unicode)]
public unsafe struct TestStruct
{
// ...[생략]...
}
이렇게 바꾸고 실행하면 정상적으로 문자열을 전달/반환받는 것이 가능합니다.
또 다른 방법으로는, 닷넷 런타임 마샬링이 관여하지 못하도록 끄는 것입니다. 즉, 현재의 구조체 메모리 그대로 C/C++ 측에 전달하면 되는 건데요, 이를 위해 포인터 호출을 활용할 수 있습니다.
[DllImport("Dll1.dll", EntryPoint = "FixedStructTest")]
public static unsafe extern void PtrFixedStructTest(TestStruct* test, int bufLen);
역시 이번에도 실행하면 정상적으로 "test is good", "qwer en baad" 문자열 처리가 된 것을 확인할 수 있습니다.
혹은, 정상적인 방법은 아니지만 우회하는 것도 가능하긴 합니다. 즉, char 대신 동일한 2바이트에 해당하는 short로 타입 처리를 바꿀 수도 있습니다.
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public unsafe struct TestStruct
{
public const int MaxLength = 20;
public short shortField;
public int intField;
fixed short txt[MaxLength];
public fixed long fields[MaxLength];
public unsafe string Text
{
get
{
fixed (short* pShort = txt)
{
char* pText = (char *)pShort;
return new string(pText);
}
}
set
{
if (value.Length > MaxLength)
{
throw new ArgumentOutOfRangeException();
}
fixed (short* pShort = txt)
{
char* pDst = (char*)pShort;
Marshal.Copy(value.ToArray(), 0, new IntPtr(pDst), value.Length);
}
}
}
}
이렇게 바꾸면 닷넷 런타임은 null 처리를 하지 않으므로 배열의 모든 값을 C/C++로, 다시 C#으로 마샬링할 수 있게 됩니다.
(
첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)
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