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Win32 Interop - 크기가 정해지지 않은 배열을 C++에서 C#으로 전달하는 경우


이 글은 다음의 질문에 대한 답변입니다.

dll import하기 위해 struct 구성시에 struct가 struct를 가지고 있고 포함된 struct가 ByValArray형태일때 해결 
; https://www.sysnet.pe.kr/3/0/808




크기가 정해진 경우에는 구조체만 잘 맞춰주면 COM메서드나 export된 Win32 API와 연동하는 것은 그다지 어렵지 않습니다.

예전에 설명해드린 아래의 글은 union 구조체인 경우까지도 정상적으로 연동하는 것을 보여주는 예인데요.

C#에서 Union 구조체 다루기
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/728

그런데, 크기가 정해지지 않은 배열의 경우에는 상황이 다릅니다. COM의 IDL조차도 이런 경우 length_is / size_is 로 명시적인 마샬링 방법을 지정해야 하고, 이러한 메서드를 호출할 때 managed 환경에서는 MarshalAs의 SizeParamIndex를 지정해서 연동해야 합니다. 그나마 이렇게 대상이 COM 개체의 메서드라면 IDL 상에서 적당히 attribute만 지정되어 있으면 C#과의 연동이 허용된다는 것이지요.

문제는, 그렇게 정해지지 않은 타입이 구조체의 멤버로 포함되어 있고 이런 구조체를 C/C++에서 C#쪽으로 넘기는 경우에는 매끄럽게 연동하는 방법이 없습니다. 다음과 같은 경우가 그 예일 텐데요.

public struct fng_curve
{
	[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 50)]
	public double[] tenor;
};

public struct fng_curve_list
{
	public int size;
	public fng_curve* data;
};

사실, COM을 제대로 아는 사람이라면 위의 구조체를 서비스하는 COM개체는 잘못 작성되어진 것임을 알 수 있습니다. 무슨 이야기냐하면, COM조차도 fng_curve_list 의 구조체 멤버인 fng_curve* data 내용을 마샬링할 수 없습니다. 이것이 가능한 경우는, 위의 COM개체를 In-Process로만 사용하는 C/C++ 클라이언트 뿐입니다. 만약 Out-of-Process로 위의 COM개체를 사용하면 Marshaller는 fng_curve* data 내용을 정상적으로 마샬링하지 못합니다. (사용자 정의 마샬러를 작성한다면 예외겠지만.) 간단하게는 Apartment만 바꾸어도 AV( Access Violation)예외가 발생하지요.

C/C++ 프로젝트에 /clr 옵션 적용으로 인한 COM 개체 사용 오류
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/650

그러니, 애당초 이런 COM개체를 만들어서는 안됩니다.




비록 그렇다고는 하지만, C#클라이언트 역시 같은 EXE 프로세스 공간이라면 이런 경우에 대한 해결책이 있긴 합니다. 바로 이런 경우, fng_curve 포인터 변수 대신에 IntPtr을 써주면 되는 것입니다.

이렇게 다루려면 다음과 같이 정의해 줘야 합니다.

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public class fng_curve
{
    [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 50)]
    public double[] tenor;
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct fng_curve_list
{
    public int size;
    public IntPtr data;
}

구조체 포인터 대신에 IntPtr로 바뀌고, fng_curve 구조체가 클래스로 바뀐 것 빼고는 별다르게 특별한 점은 없습니다.

호출되는 C/C++ 측의 코드와 호출하는 C#측은 각각 다음과 같습니다.

===== export되는 Win32 API =====
INTEROPWIN32_API void fnInterop1(fng_curve_list *item)
{
	item->size = 5; // 배열 수를 지정하고,
	item->data = new fng_curve[item->size]; // 배열 할당 후 값을 설정
	
	for (int i = 0; i < item->size; i ++)
	{
		for (int j = 0; j < 50; j ++ )
		{
			item->data[i].tenor[j] = j * i;
		}
	}
}

===== Win32 API를 호출하는 C#코드 =====

fng_curve_list item = new fng_curve_list();
fnInterop1(ref item); // 구조체를 ref 로 전달하고,

// 반환받은 구조체에서 IntPtr 데이터를 역직렬화
for (int i = 0; i < item.size; i++)
{
    fng_curve curve = new fng_curve();

    IntPtr pAddr = new IntPtr(item.data.ToInt64() + (i * Marshal.SizeOf(curve)));
    Marshal.PtrToStructure(pAddr, curve);
}

Marshal.PtrToStructure 메서드는 이름과는 달리 두번째 인자에 값 형식의 struct를 전달해주면 안되고 참조 형식의 class를 전달해줘야 합니다. 이 때문에 fng_curve를 기존에 struct로 정의된 것을 class로 재정의한 것입니다.

일단, 이렇게 하면 급한데로 연동은 시켰습니다.




물론, 문제는 여기서 끝나지 않습니다. 제가 말씀드린 데로 위의 COM개체는 COM에 대한 이해가 부족한 상태에서 제작된 것이기 때문에 치명적인 문제가 있습니다. 너무도 유명한 "Memory Leak"이 발생한다는 것!

C/C++에서 메모리를 "new"연산자를 통해서 할당한 것은 C/C++의 고유한 메모리 할당방식일 뿐 언어간에 표준으로 자리잡은 것이 아니기 때문에 managed 환경에서의 C#에서 IntPtr로 받은 메모리를 해제할 수 있는 방법이 없습니다. Marshal 타입에서 제공되는 해제 함수들은 AllocHGlobal / CoTaskMem으로 할당되었거나 COM개체의 참조카운트를 감소시키는 정도일 뿐 C/C++의 new/delete에 상응되는 것은 없습니다. 따라서 이런 경우에는 메모리 해제를 하도록 C/C++ 측에서 메서드를 만들어주고 C#에서는 그것을 반드시 호출해 주어야 합니다.

===== export되는 Win32 API =====
INTEROPWIN32_API void fnInterop2(fng_curve_list *item)
{
	delete [] item->data;
}

===== Win32 API를 호출하는 C#코드 =====
fng_curve_list item = new fng_curve_list();
fnInterop1(ref item); // 사용 후,

fnInterop2(ref item); // 반드시 메모리 해제




일단, 위에서는 접근방식을 가능한 managed 환경으로 처리를 해보았는데 unsafe키워드를 적절하게 사용하면 좀더 직관적인 구문으로 처리하는 것도 됩니다. 2가지 방식으로 처리한 예제 코드를 다음에 첨부해 놓았습니다.

- managed 버전으로 처리: InteropTest(managed).zip
- unsafe 버전으로 처리: InteropTest(unsafe).zip



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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 11/9/2019 ]

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