C#互操作中char*转string触发堆损坏异常的原因排查

在用[MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]将C结构体中的char*封送到C#的string类型时，触发了“堆已损坏”异常，但C# string转C char*的反向操作正常。改用IntPtr接收char*则能正常运行，以下是具体细节及原因解析：

C端结构体与函数签名 #

struct STRUCTV
{
    char* _pretext;
    char* _result;
};

函数签名：void add_all_numbers(STRUCTV *structV);

触发异常的C#代码 #

结构体定义 #

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Ansi)]
public struct STRUCTV
{
    [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]
    public string _pretext; 
    [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]
    public string _result;  // 此处无法正常工作
}

导入Native函数 #

internal partial class NativeMethods
{
    [DllImport(
    "Library.dll",
    EntryPoint = "function1",
    CallingConvention = CallingConvention.Cdecl,
    CharSet = CharSet.Ansi)]
    public static extern void function1(ref STRUCTV structV);
}

调用方式 #

STRUCTV myStruct = new STRUCTV();
myStruct._pretext = "Pretext";
myStruct._result = null;
NativeMethods.function1(ref myStruct); // 触发ntdll.dll : A heap has been corrupted异常
Console.WriteLine(myStruct._result);

C端内部逻辑 #

string resultstring = GetResult();
char* result = new char[resultstring.length() + 1];
strcpy_s(result, resultstring.length() + 1, resultstring.c_str());
structV->_result = result;

正常运行的C#代码（使用IntPtr） #

结构体定义 #

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet = CharSet.Ansi)]
public struct STRUCTV
{
    [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]
    public string _pretext; 
    public IntPtr _result;
}

调用方式 #

STRUCTV myStruct = new STRUCTV();
myStruct._pretext = "Pretext";
myStruct._result = IntPtr.Zero;
NativeMethods.function1(ref myStruct);
string resultString = Marshal.PtrToStringAnsi(myStruct._result);
Console.WriteLine(resultString);    

原因解析 #

• 当C#将结构体中的string标记为[MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]时，CLR默认认为该字符串的内存由托管堆分配，在封送完成后会尝试用CoTaskMemFree释放指针指向的内存。
• 但C端代码是用C++的new（CRT堆）分配的内存，CLR用CoTaskMemFree释放CRT堆内存会导致堆损坏——不同堆的分配/释放机制不兼容。
• 改用IntPtr时，CLR不会自动释放该指针指向的内存，由开发者手动处理内存生命周期（若需释放，需在C端提供对应的释放函数，比如void free_result(STRUCTV* structV) { delete[] structV->_result; }，再在C#调用完后执行该函数），因此不会触发堆损坏异常。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者isswf