如何在C#与C++之间共享int等基础类型数据并解决交互异常？

问题故障原因解释 #

你第二个方案抛出ExecutionEngineException确实是垃圾回收导致的：

• C#中的值类型如果是类的实例字段，会分配在托管堆中，GC执行压缩时会移动对象的内存地址，你传给C++的指针不会跟着更新，就变成野指针
• 如果值类型是方法内的局部变量，分配在栈上，方法执行结束后栈空间会被回收，C++持有的指针同样会失效
• 你直接传ref int到非托管代码时，运行时只会在单次P/Invoke调用期间临时固定变量地址，调用返回后固定就解除了，后续C++再访问该地址必然出错

C#值类型的引用机制 #

• 值类型默认存储位置：方法内局部值类型分配在栈，作为引用类型的字段、装箱后的值类型分配在托管堆
• ref/out是托管指针，由GC跟踪地址变动，仅在托管上下文有效，直接传给非托管代码后GC不会感知非托管侧的持有状态
• 只有显式固定的内存地址，才可以安全交给非托管代码长期读写

不需要依赖Marshal.ReadInt32/Marshal.WriteInt32，通过unsafe上下文直接操作指针即可达到和普通变量几乎一致的性能：

场景1：单次调用C++期间临时共享 #

使用fixed关键字在调用期间临时固定变量，调用结束后自动解除固定，无内存泄漏风险：

// 首先开启项目的unsafe代码编译选项
[DllImport("你的C++库路径")]
private static extern void 你的C++函数(int* sharedIntPtr);

unsafe
{
    int sharedInt = 0;
    // fixed块内sharedInt的地址不会被GC移动
    fixed (int* p = &sharedInt)
    {
        你的C++函数(p);
        // C#侧直接读写变量即可，不需要任何Marshal操作
        sharedInt = 100;
        Console.WriteLine(*p);
    }
}

场景2：程序生命周期内长期共享 #

两种可选方案，按需选择：

方案A：固定托管侧变量 #

int sharedInt = 0;
// 装箱并固定内存，GCHandleType.Pinned标记不会被GC移动
GCHandle handle = GCHandle.Alloc(sharedInt, GCHandleType.Pinned);
IntPtr sharedPtr = handle.AddrOfPinnedObject();
// 把sharedPtr传给C++作为int*使用

// C#侧读写方式（性能和普通变量一致）
unsafe
{
    int* p = (int*)sharedPtr;
    *p = 200;
    Console.WriteLine(*p);
}

// 程序退出前必须释放，否则会内存泄漏
handle.Free();

方案B：非托管内存分配（优化你的第一种方案） #

你之前的方案性能差只是因为用了封装层厚的Marshal读写方法，直接转指针操作即可：

// 分配非托管内存，不受GC管理
IntPtr sharedPtr = Marshal.AllocHGlobal(sizeof(int));
// 把sharedPtr传给C++作为int*使用

// C#侧读写方式
unsafe
{
    int* p = (int*)sharedPtr;
    *p = 300;
    Console.WriteLine(*p);
}

// 程序退出前释放内存
Marshal.FreeHGlobal(sharedPtr);

如果只需要共享单个int，不需要额外包装结构体。如果后续需要共享多个关联变量，可以定义顺序布局的结构体保证C#/C++内存布局一致：

// C#侧定义
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)] // Pack值和C++对齐设置保持一致
public struct SharedData
{
    public int SharedInt;
    public float SharedFloat;
    public bool SharedFlag;
}

// C++侧对应定义
#pragma pack(push, 4)
struct SharedData
{
    int SharedInt;
    float SharedFloat;
    bool SharedFlag;
};
#pragma pack(pop)

结构体的传递、读写方式和上述单个int的操作完全一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者directquest