C#与C++交互开发系列（二十四）：WinForms 应用中嵌入C++ 原生窗体_winform与c++交互

引言

欢迎关注dotnet研习社，今天我继续延续 “C#与C++交互开发系列（二十四）：WinForms 应用中嵌入C++ 原生窗体”。

在 .NET 开发中，我们经常会遇到这样的场景：需要在 C# WinForms 应用程序中集成一些 C++ 编写的原生窗口。这种需求通常出现在以下情况：

• 集成遗留系统：需要将旧的 C++ 应用程序界面嵌入到新开发的 C# 应用中
• 利用 C++ 库的特殊功能：某些图形渲染、硬件交互等功能在 C++ 中实现更高效
• 性能关键部分：对性能要求极高的界面部分使用 C++ 实现
• 特殊 UI 控件：使用只有 C++ 版本的第三方控件库

你是否曾经面临过这样的问题处理？本文将一步步实现将 C++ 原生窗体嵌入到 C# WinForms 窗口中的完整解决方案。

技术背景

Windows 窗口系统基础

在深入实现之前，我们需要了解 Windows 窗口系统的几个关键概念：

1. 窗口句柄 (HWND)：Windows 中每个窗口都有一个唯一的句柄，它是一个指向窗口对象的指针
2. 父子窗口关系：Windows 允许窗口之间建立父子关系，子窗口显示在父窗口的客户区内
3. 窗口消息：Windows 使用消息机制进行窗口间通信，如大小调整、焦点变化等
4. 窗口样式：控制窗口外观和行为的标志，如 WS_CHILD（子窗口样式）

实现原理

将 C++ 窗口嵌入 C# WinForms 应用的核心原理是：

1. 在 C# 中通过 P/Invoke 调用 Win32 API 的 SetParent 函数，将 C++ 窗口设置为 C# 控件的子窗口
2. 在 C++ 中创建一个窗口，并提供设置其窗口句柄的方法
3. 处理窗口消息同步，确保两个窗口协同工作

接下来，我们将详细介绍具体的实现步骤。

实现步骤

1. C++ 端实现

首先，我们需要创建一个 C++ DLL 项目，实现窗口创建和导出必要的函数。

1.1 创建 C++ DLL 项目

在 Visual Studio 中创建一个新的 DLL 项目，并添加以下头文件：

#pragma once#include #ifdef NATIVEWINDOW_EXPORTS#define NATIVEWINDOW_API __declspec(dllexport)#else#define NATIVEWINDOW_API __declspec(dllimport)#endif// 导出函数声明extern \"C\" { // 创建窗口并返回窗口句柄 NATIVEWINDOW_API HWND CreateNativeWindow(HWND parentHwnd, int x, int y, int width, int height); // 设置窗口内容（示例：设置文本） NATIVEWINDOW_API void SetNativeWindowText(HWND hwnd, const char* text); // 销毁窗口 NATIVEWINDOW_API void DestroyNativeWindow(HWND hwnd);}

1.2 实现窗口创建和消息处理

接下来，我们实现源文件：

#include \"NativeWindow.h\"#include // 窗口类名const char* WINDOW_CLASS_NAME = \"NativeWindowClass\";// 窗口过程函数LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam){ switch (uMsg) { case WM_PAINT: { PAINTSTRUCT ps; HDC hdc = BeginPaint(hwnd, &ps); // 获取窗口客户区大小 RECT rect; GetClientRect(hwnd, &rect); // 设置文本颜色和背景模式 SetTextColor(hdc, RGB(0, 0, 0)); SetBkMode(hdc, TRANSPARENT); // 获取窗口文本 char buffer[256]; GetWindowTextA(hwnd, buffer, 256); // 绘制文本 DrawTextA(hdc, buffer, -1, &rect, DT_CENTER | DT_VCENTER | DT_SINGLELINE); EndPaint(hwnd, &ps); return 0; } case WM_SIZE: // 处理大小调整消息 InvalidateRect(hwnd, NULL, TRUE); return 0; case WM_DESTROY: // 清理资源 return 0; } return DefWindowProc(hwnd, uMsg, wParam, lParam);}// 注册窗口类bool RegisterWindowClass(){ static bool registered = false; if (!registered) { WNDCLASSEXA wc = { 0 }; wc.cbSize = sizeof(WNDCLASSEXA); wc.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW; wc.lpfnWndProc = WindowProc; wc.hInstance = GetModuleHandleA(NULL); wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW); wc.hbrBackground = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW + 1); wc.lpszClassName = WINDOW_CLASS_NAME; registered = (RegisterClassExA(&wc) != 0); } return registered;}// 导出函数实现extern \"C\" { NATIVEWINDOW_API HWND CreateNativeWindow(HWND parentHwnd, int x, int y, int width, int height) { // 注册窗口类 if (!RegisterWindowClass()) { return NULL; } // 创建窗口 HWND hwnd = CreateWindowExA( 0,// 扩展样式 WINDOW_CLASS_NAME, // 窗口类名 \"Native Window\", // 窗口标题 WS_CHILD | WS_VISIBLE, // 窗口样式：子窗口且可见 x, y, width, height, // 位置和大小 parentHwnd, // 父窗口句柄 NULL,  // 菜单句柄 GetModuleHandleA(NULL), // 实例句柄 NULL  // 额外参数 ); if (!hwnd) { DWORD err = GetLastError(); char msg[256]; sprintf_s(msg, \"CreateWindowExA failed with error: %lu\", err); MessageBoxA(NULL, msg, \"Error\", MB_OK | MB_ICONERROR); } if (hwnd) { // 显示窗口 ShowWindow(hwnd, SW_SHOW); UpdateWindow(hwnd); } return hwnd; } NATIVEWINDOW_API void SetNativeWindowText(HWND hwnd, const char* text) { SetWindowTextA(hwnd, text); InvalidateRect(hwnd, NULL, TRUE); } NATIVEWINDOW_API void DestroyNativeWindow(HWND hwnd) { if (hwnd && IsWindow(hwnd)) { DestroyWindow(hwnd); } }}

1.3 编译设置

确保 DLL 项目的编译设置与 C# 项目兼容：

• 平台设置：如果 C# 应用是 64 位的，C++ DLL 也必须是 64 位的
• 运行时库：建议使用多线程 DLL (/MD) 设置
• 字符集：使用 Unicode 字符集

2. C# 端实现

现在，我们需要在 C# WinForms 应用中集成这个 C++ 窗口。

2.1 P/Invoke 声明

首先，我们需要声明必要的 P/Invoke 函数：

using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Runtime.InteropServices;using System.Text;using System.Threading.Tasks;namespace WinFormsNativeWindow{ public class NativeWindowWrapper { // 导入 C++ DLL 函数 [DllImport(\"NativeWindow.dll\")] private static extern IntPtr CreateNativeWindow(IntPtr parentHwnd, int x, int y, int width, int height); [DllImport(\"NativeWindow.dll\")] private static extern void SetNativeWindowText(IntPtr hwnd, string text); [DllImport(\"NativeWindow.dll\")] private static extern void DestroyNativeWindow(IntPtr hwnd); // 窗口句柄 public IntPtr NativeWindowHandle = IntPtr.Zero; // 创建并嵌入原生窗口 public void CreateAndEmbedNativeWindow(Control parent, int x, int y, int width, int height) { // 创建原生窗口，直接使用 C# 窗体的句柄作为父窗口 NativeWindowHandle = CreateNativeWindow(parent.Handle, x, y, width, height); if (NativeWindowHandle != IntPtr.Zero) { // 调整位置和大小 SetWindowPos(NativeWindowHandle, x, y, width, height); } } // 设置窗口位置和大小 [DllImport(\"user32.dll\")] private static extern bool MoveWindow(IntPtr hWnd, int X, int Y, int nWidth, int nHeight, bool bRepaint); public void SetWindowPos(IntPtr hwnd, int x, int y, int width, int height) { MoveWindow(hwnd, x, y, width, height, true); } // 设置窗口文本 public void SetText(string text) { if (NativeWindowHandle != IntPtr.Zero) { SetNativeWindowText(NativeWindowHandle, text); } } // 销毁窗口 public void DestroyWindow() { if (NativeWindowHandle != IntPtr.Zero) { DestroyNativeWindow(NativeWindowHandle); NativeWindowHandle = IntPtr.Zero; } } }}

2.2 窗体实现

接下来，我们创建一个 WinForms 窗体，并在其中嵌入 C++ 窗口：

using System;using System.Windows.Forms;namespace WinFormsNativeWindow{ public partial class MainForm : Form { private NativeWindowWrapper _nativeWindow; public MainForm() { InitializeComponent(); // 创建面板作为容器 Panel panel = new Panel(); panel.Dock = DockStyle.Fill; panel.Resize += Panel_Resize; this.Controls.Add(panel); // 创建按钮 Button btnSetText = new Button(); btnSetText.Text = \"设置文本\"; btnSetText.Dock = DockStyle.Bottom; btnSetText.Click += BtnSetText_Click; this.Controls.Add(btnSetText); // 初始化原生窗口包装器 _nativeWindow = new NativeWindowWrapper(); // 窗体加载时创建并嵌入原生窗口 this.Load += MainForm_Load; // 窗体关闭时销毁原生窗口 this.FormClosing += MainForm_FormClosing; } private void MainForm_Load(object sender, EventArgs e) { Panel panel = this.Controls.OfType<Panel>().First(); // 创建并嵌入原生窗口 _nativeWindow.CreateAndEmbedNativeWindow( panel, 0, 0, panel.ClientSize.Width, panel.ClientSize.Height ); // 设置初始文本 _nativeWindow.SetText(\"C++ 原生窗口已嵌入\"); } private void Panel_Resize(object sender, EventArgs e) { // 调整原生窗口大小以适应面板 Panel panel = sender as Panel; if (panel != null && _nativeWindow != null) { _nativeWindow.SetWindowPos(  _nativeWindow._nativeWindowHandle,  0, 0,  panel.ClientSize.Width,  panel.ClientSize.Height ); } } private void BtnSetText_Click(object sender, EventArgs e) { // 弹出输入对话框 string text = Microsoft.VisualBasic.Interaction.InputBox( \"请输入要显示的文本：\", \"设置文本\", \"Hello from C#!\" ); if (!string.IsNullOrEmpty(text)) { _nativeWindow.SetText(text); } } private void MainForm_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e) { // 销毁原生窗口 _nativeWindow.DestroyWindow(); } }}

执行结果

可以看到C++原生窗口已经嵌入了。

点击设置文本：

确定后：

交互也Ok。

常见问题与解决方案

在实现过程中，可能会遇到以下常见问题：

1. DLL 加载失败

问题：System.DllNotFoundException: 无法加载 DLL ‘NativeWindow.dll’

解决方案：

• 确保 DLL 文件位于应用程序目录或系统路径中
• 检查 DLL 和应用程序的平台是否匹配（x86/x64）
• 使用 Dependency Walker 工具检查 DLL 依赖项

<Project Sdk=\"Microsoft.NET.Sdk\"><PropertyGroup><OutputType>WinExe</OutputType><Nullable>enable</Nullable><UseWindowsForms>true</UseWindowsForms><ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings></PropertyGroup><PropertyGroup><TargetFramework>net8.0-windows</TargetFramework><PlatformTarget>x64</PlatformTarget><RuntimeIdentifiers></RuntimeIdentifiers><OutputPath>$(SolutionDir)x64\\Debug\\</OutputPath><AppendTargetFrameworkToOutputPath>false</AppendTargetFrameworkToOutputPath></PropertyGroup></Project>

其中【net8.0-windows】目录一直存在，需要调整AppendTargetFrameworkToOutputPath为false才能不生成目录。

2. 资源释放问题

问题：应用程序关闭时未释放原生窗口资源

解决方案：

• 在窗体的 FormClosing 事件中调用 DestroyWindow 方法
• 实现 IDisposable 接口，确保资源正确释放

性能优化与最佳实践

性能优化

1. 最小化跨进程通信：

   • 减少 C# 和 C++ 之间的频繁调用
   • 批量处理数据交换

2. 使用双缓冲绘图：

   • 在 C++ 窗口中实现双缓冲绘图，避免闪烁
   • 使用 GDI+ 或 Direct2D 进行高效绘图

3. 优化窗口消息处理：

   • 只处理必要的窗口消息
   • 避免消息循环中的复杂计算

4. 共享内存通信：

   • 对于大量数据交换，考虑使用共享内存
   • 使用内存映射文件实现高效数据共享

最佳实践

1. 明确资源所有权：

   • 清晰定义 C++ 和 C# 端各自负责的资源
   • 确保资源在正确的时机释放

2. 异常处理：

   • 在 P/Invoke 调用周围添加异常处理
   • 确保即使发生异常，资源也能正确释放

3. 线程安全：

   • 注意 UI 线程和工作线程之间的交互
   • 使用 Invoke/BeginInvoke 在正确的线程上执行 UI 操作

4. 接口抽象：

   • 使用接口抽象隔离平台相关代码
   • 便于将来替换或扩展实现

扩展应用场景

这种技术不仅限于简单的窗口嵌入，还可以应用于更多高级场景：

1. 嵌入 DirectX/OpenGL 渲染窗口：

   • 在 C# 应用中嵌入高性能 3D 渲染窗口
   • 实现复杂的图形应用

2. 集成第三方 C++ 库的 UI 组件：

   • 嵌入只有 C++ 版本的专业控件
   • 集成特定行业的专用界面组件

3. 嵌入特殊硬件驱动的视图窗口：

   • 集成工业相机、医疗设备等专用显示窗口
   • 实现硬件加速的图像处理界面

4. 混合使用现代 UI 框架和传统控件：

   • 在现代 UI 应用中嵌入传统控件
   • 逐步迁移遗留系统

总结

在本文中，我们详细介绍了如何将 C++ 原生窗体嵌入到 C# WinForms 窗口中的完整解决方案。我们从技术背景入手，详细讲解了实现步骤，包括 C++ DLL 的创建、C# 端的集成以及窗口消息同步处理。同时，我们还提供了常见问题的解决方案、性能优化建议和最佳实践。

通过这种技术，可以充分利用 C++ 和 C# 各自的优势，实现更加灵活和高效的应用程序。无论是集成遗留系统，还是实现特殊功能，这种混合编程方式都能为你提供强大的技术支持。

参考资源

1. Windows API 文档 - SetParent 函数
2. P/Invoke - Windows API 在 .NET 中的使用
3. Windows 窗口消息参考
4. C# 与非托管代码交互最佳实践