P Invoke e COM Interoperability

latform P Invoke e COM Interoperability Raffaele RialdiVisual Developer Security MVP malta@vevy.comMVP Profile: http://snipurl.com/f0cv http://mvp.support.microsoft.com

Agenda • Platform Invocation Services • COM • Usare oggetti COM in dotnet • Usare Activex in dotnet • Esporre oggetti COM da dotnet • Esporre Activex da dotnet • Reverse P/Invoke

Platform Invoke • Servizio del framework che permette di chiamare le API esportate in una DLL "C-style" • Gli attrezzi del mestiere sono dentro System.Runtime.InteropServices • Il protagonista è l'attributo DllImportAttribute che svolge (tra le altre cose) le classiche operazioni di: • LoadLibrary (carica la dll in memoria) – Free (scarica la dll) • GetProcAddress (ottiene un puntatore alla funzione richiesta) • Marshalling (mapping e passaggio parametri) • Molto aiuto viene dal wiki www.pinvoke.net con molte dichiarazioni già pronte per la API di Windows

DllImportAttributestep-by-step • Ottenere la documentazione (MSDN, ...) • Cercare la funzione prototipo • Cercare il nome della dll dove è implementata [DllImport("PowrProf.dll")]extern static bool IsPwrHibernateAllowed(); <DllImport("PowrProf.dll")> _Function IsPwrHibernateAllowed() As BooleanEnd Function

MSDN DllImportAttributestep-by-step [DllImport("User32.dll")]extern static int MessageBox(IntPtr hWnd, string Text, string Caption, int uType); dichiarare con const oppure enum (meglio) public enum MessageBoxUType { MB_OK = 0x00000000, MB_OKCANCEL = 0x00000001, MB_ABORTRETRYIGNORE = 0x00000002, MB_YESNOCANCEL = 0x00000003, MB_YESNO = 0x00000004, MB_RETRYCANCEL = 0x00000005, MB_CANCELTRYCONTINUE = 0x00000006 } A MANO ma a volte su: www.pinvoke.net

DllImportAttributeNomi delle API • Le API di Windows che usano stringhe esistono in due versioni: MessageBoxA (Ansi), MessageBoxW (Wide = Unicode) • ExactSpelling = false aggiunge automaticamente questo suffisso (A o W) • Il default che è DllImport("MessageBox") cerca in sequenza: • MessageBox, MessageBoxA, MessageBoxW, _MessageBox@N (N=numero che rappresenta la dimensione dei parametri del metodo) • È possibile cambiare il nome esatto tramite "EntryPoint" • A volte aiuta il"dependancy walker"(http://www.dependencywalker.com/) [DllImport("User32.dll", EntryPoint="MessageBoxW", ExactSpelling=true, CharSet=CharSet.Auto)] extern static int MBox(IntPtr hWnd, string Text, string Caption, int uType);

DllImportAttributeCalling Convention • Le calling convention sono una sorta di contratto alla compilazione che prevede: • come passare gli argomenti delle funzioni ed il valore di ritorno • quali registri della CPU devono essere salvati • Le quattro convenzioni più usate oggi sono: • __cdecl usato dalle librerie C e numerose API • __stdcall conosciuta anche come "pascal", usata dalle Win32 API • __fastcall usa i registri per passare gli argomenti • __thiscall default per le chiamate a funzioni membro in C++ • Perché chiamata a funzione abbia successo la calling convention deve essere corretta (StdCall è il default) [DllImport("User32.dll", CallingConvention=CallingConvention.StdCall)] extern static int MessageBox(IntPtr hWnd, string Text, string Caption, int uType);

DllImportAttributeGestione errori • Le Win32 mantengono una variabile di stato per gli errori • Problema: se dopo l'API con errore ne vengono eseguite altre senza errore, questo va perso • Usare via PInvoke la funzione GetLastError() è sbagliato • DLLImport provvede alla proprietà SetLastError • L'errore viene letto subito dal CLR e messo da parte • Può essere letto con il metodo Marshal.GetLastWin32Error() [DllImport("User32.dll", SetLastError=true)] extern static int MessageBox(IntPtr hWnd, string Text, string Caption, int uType);

Uno sguardo in memoria • Gli oggetti del CLR devono stare nel managed heap • I buffer, blob, strutture dati 'classiche' devono stare nell'unmanaged heap • Il problema è quindi il marshalling dei dati, cioè copiare e/o mappare i dati da un mondo all'altro • La bella notizia è che le tecniche di marshalling valgono anche per l'interoperabilità COM Il problema del marshalling "Come mappare i tipi?" Unmanaged heap Managed heap String char[...] Bitmap byte[...] BSTR FILETIME Managed Stack ref Bitmap int ref String DateTime Int32

Marshalling: blittable types • I blittable types sono i tipi che hanno una rappresentazione identica sia nel mondo managed che unmanaged: • Byte, SByte • Int16, UInt16 • Int32, UInt32 • Int64, UInt64 • IntPtr, UIntPtr • Single • Double • Array monodimensionali (UInt32[], Byte[], ...) • Value types (strutture) contenenti i tipi appena citati • Array e classi contenenti blittable types vengono "pinned" in memoria invece di copiare il loro valore nel mondo unmanaged. • Anche se "pinned" richiedono comunque l'applicazione degli attributi direzionali [in] o [out] quando richiesti

Marshalling: le stringhe • CharSet influenza la scelta Ansi / Unicode di tutti i parametri • Si può applicare [MarshalAs(...)] al parametro • La direzione del parametro è fondamentale • Se la stringa è [in] nella API, si usa String • Se la stringa è [out] o [in, out] si usa StringBuilderpreallocando lo spazio • Da MSDN: MSDN [DllImport("Kernel32.dll")] extern static uint GetCurrentDirectory(uint Size, StringBuilder Buffer); [DllImport("User32.dll)] extern static int MessageBox(IntPtr hWnd, string Text, string Caption, int uType); Normalmente Win9x Normalmente WinNT +

Marshalling: strutture di dati • Il CLR non garantisce l'ordine e dimensione dei dati nella struttura • il CLR ottimizza l'allineamento dei dati guadagnando spazio e performance • la dimensione di un oggetto managed è sempre e solo presunta (Marshal.SizeOf indica la dimensione dell'oggetto dopo il marshalling) • a questo proposito: http://forum.ugidotnet.org/b.asp?m=13367 • Per ovviare a questo "problema" esiste StructLayoutAttribute • Pack consente di imporre l'allineamento(il default è 8) • Size consente di imporre la dimensionedella struttura (lasciare spazio, ...) • Si possono anche realizzare le "Union"grazie a "Explicit" • Si usa ref o out (ByRef) quando si vuolepassare il puntatore all'oggetto.Diversamente viene passato by value [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]struct MyStruct{ char c; int i; short s;}

Marshalling di array • Possono esistere più dichiarazioni PInvoke valide per una stessa chiamata • Usare la falsa riga di dichiarazioni come quelle di www.pinvoke.net • Array di stringhe • Array di strutture • L'attributo MarshalAs permette di informare il CLR quando la dimensione è prefissata • A volte è necessario fare manualmente • Il parametro viene dichiarato IntPtr (puntatore) • Si usano i metodi StructureToPtr e PtrToStructure della classe Marshal • Alla fine li vedremo in un esempio • Tip: In caso di NullReferenceException, provare a imporre il parametro ref (ByRef) int f(char **ppArray, int size); [ DllImport("...")]public static extern int f([in, out]string[] strings, int size); int f(POINT *pPOINT , int size); [ DllImport( "..." )]public static extern int f([In, Out] MyPoint[] points, int size); [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst=128)]

Marshalling di callback • Le Callback usate nelle Win32 API sono puntatori a funzioni • .NET non ha puntatori a funzioni, ma i delegate che sono type-safe • Esempio EnumDesktopWindows [DllImport("User32.dll")]public extern static bool EnumDesktopWindows(IntPtr hDesktop,EnumWindowsProcDelegate lpfn, uint lParam); public delegate bool EnumWindowsProcDelegate(IntPtr hwnd, uint lParam);

Pinning della memoria managed • Quando si passa un reference type viene copiato il reference e fatto il pinning della memoria nel managed heap • il pinning automatico funziona spesso ... • ... ad esempio non può funzionare per le chiamate asincrone • Quando si passa un value type il valore viene copiato nella memoria unmanaged • Se si può usare un value type, questo risolve il problema di cui sopra • Per eseguire il pinning da C# e VB si usa GCHandle • Free rilascia l'handle e permette al GC di muovere il blocco di memoria string s = "blah blah";GCHandle pin = GCHandle.Alloc(s, GCHandleType.Pinned);try { ... }finally { pin.Free(); }

Il mondo COM • Ci sono molte differenze • Serve quindi un wrapper • I wrapper sono diversi a seconda se si espone un oggetto COM a .NET o viceversa

Usare oggetti COM da .NET • Visual Studio.NET • TLBimp • Una volta disponibile l'assembly di interop • Gli oggetti COM si usano come fossero managed (si usa il wrapper) • Si istanziano con new e si chiamano proprietà e metodi • addref/release sono gestiti dall'infrastruttura (RCW)

Dietro le quinte • RCW = Runtime Callable Wrapper • creato al runtime per parlare con il mondo com • si occupa di eseguire il marshalling dei tipi • esiste un RCW per ogni oggetto (non interfaccia) COM • si occupa di chiamare Addref/Release/QueryInterface • L'oggetto referenziato da RCW è scaricato dalla memoria se il suo reference counter è 0 e cioè se: • RCW viene scaricato dal Garbage Collector oppure • viene fatto un esplicito Marshal.ReleaseComObject • RCW wrappa IEnumVariant, IDispatch, IUnknown, IErrorInfo .NET RCW COM

Come customizzare RCW • Si può customizzare RCW in due modi • Modificando la type library • si ricava l'IDL (se non è dispobile si può importare con il typelib viewer di Oleview.exe) • si aggiungono gli attributi IDL grazie alla keyword custom che permette di modificare namespace e il nome dotnet del wrapper: • si ricompila con midl /Oicf • si importa con TLBImp oppure VS.net • Modificando l'RCW • si decompila l'assembly generato da TLBImp • si modifica l'IL • si ricompila

COM da .NET: TLBImp [ComImport, ClassInterface((short) 0), Guid("EF70C490-E7FE-11D2-AB0D-00A02457BBE9"), TypeLibType((short) 2), ComSourceInterfaces("mailctl.interop._IMailerEvents\0")]public class MailerClass : IMailer, Mailer, _IMailerEvents_Event { // Methods [MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall, MethodCodeType=MethodCodeType.Runtime), DispId(3)] public virtual extern void IsValidName([In, MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string Recipient); [MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall, MethodCodeType=MethodCodeType.Runtime), DispId(2)] public virtual extern void Logoff(); [MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall, MethodCodeType=MethodCodeType.Runtime), DispId(1)] public virtual extern void Logon([In, MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string Profile, [In] int bUI); [MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall, MethodCodeType=MethodCodeType.Runtime), DispId(4)] public virtual extern void SendMail([In, MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string Subject, [In, MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string Message, [In, MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string OriginatorAddress, [In, MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string AddrTo, [In, MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string AddrCc, [In, MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string AddrCcn, [In, MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string PathNames, [In] int bReceipt, [In] int bUI); // Properties [DispId(5)] public virtual int MapiIsInstalled { [MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall, MethodCodeType=MethodCodeType.Runtime), DispId(5)] get; }} TLBImp usa la classe TypeLibConverter

Usare ActiveX in dotnet • Winform può solo usare controlli che derivano da Control • Ci vuole quindi un wrapper  • Il controllo wrapper è AxHost che deriva da Control e ospita l'ActiveX • Come si genera il wrapper? • Aggiungendo alla toolbar dei controlli l'ActiveX • Usando da command prompt l'utility AxImp.exe • Si può customizzare il comportamento? • si, anche se serve raramente • il punto di partenza è generare il wrapper e guardarlo con reflector • Si può usare un ActiveX facendo Add-Reference? • dipende dal controllo ma nella maggior parte dei casi no perchè l'ActiveX esegue il dispatch dei messaggi tramite message pump della finestra che viene creata solo se è 'visuale'

Primary Interop AssemblyPIA • Devono essere fornite dall'autore del componente COM • Deve esistere una sola PIA per ogni oggetto COM • Una sola PIA può gestire più versioni dello stesso oggetto COM • Devono essere strong-named • Devono esporre tutti gli oggetti COM originali con gli stessi guid • In caso di componenti esterni referenziati • Non li devono ridefinire • Devono referenziare le loro PIA • Devono essere marcati con l'attributo PrimaryInteropAssemblyAttribute • Usare TLBImp • Creare il wrapper manualmente assegnandogli: • strong name • GuidAttribute (LIBID guid) • attributo PrimaryInteropAssemblyAttribute

Esporre oggetti COM da .NET • CCW = COM Callable Wrapper • creato al runtime • si occupa di eseguire il marshalling dei tipi • esiste un CCW per ogni oggetto dotnet • l'oggetto dotnet come sempre sarà dato al GC solo se tutti i reference (del CCW ed altri) vengono rilasciati • CCW espone sempre una "dual interface" (IUnknown + IDispatch) • CCW espone IEnumVariant (for each di vb6) per i tipi dotnet che implementano IEnumerable, IErrorInfo/HRESULT per le eccezioni e ovviamente IDispatch/IUnknown .NET CCW COM

COM object step-by-step • Creare una class library con strong name • Dare una versione custom all'oggetto • La differenza di versioning è un problema rilevante con COM • Scrivere la classe dotnet • Decorarla con gli attributidi interop che customizzanoil comportamento del CCW • Registrarla con Regasm • Registrarla nella GAC • Esportare la Type Library [ClassInterface(ClassInterfaceType.AutoDual)] [ComVisible(true)] [Guid("D0C1F90F-59B2-4e06-B36F-CC835B14C2EC")] public class Adder { public Adder() { } public int Add(int x, int y) { return x + y; } public int Mul(int x, int y) { return x * y; } } regasm addercomserver.dll gacutil -i addercomserver.dll tlbexp addercomserver.dll /out:addercomserver.tlb

Registration-free • Disponibile solo in Windows XP - SP2, e Windows 2003 • Evita la registrazione nel registry dei componenti COM • È necessario scrivere un manifest Win32 • Vantaggi: • più versioni dello stesso componente nello stesso PC • xcopy deployment • http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/cpguide/html/cpconConfiguringNET-BasedComponentsForRegistration-FreeActivation.asp

Realizzare ActiveX in dotnet • Activex  specifiche OC96 + libro "Inside OLE" • Per ActiveX si intende quindi oggetti 'visuali' e non i comuni oggetti COM • Task NON supportato ufficialmente da Microsoft • Fattibile ma con non poche difficoltà. Strada sconsigliata. • Per IE esiste la possibilità di mostrare controlli Winform in una pagina html • migliore sicurezza • nessuna dialog di richiesta certificato • tecnica poco diffusa in attesa della diffusione del framework • Per le migrazioni di UI conviene il contrario • Fare l'hosting di Winform dentro MFC, etc.

Performance • PInvoke  10 istruzioni x86 • COM  50 istruzioni x86 • Ma poi c'è il marshalling (che è il più) dei parametri • Riduzione del numero di parametri • Riduzione del numero di funzioni da chiamare • Usare [in] e [out] per ridurre il numero di marshalling • In DllImport usare SetLastError=true solo se poi si chiama Marshal.GetLastWin32Error()

Agenda • Platform Invocation Services • COM • Usare oggetti COM in dotnet • Usare Activex in dotnet • Esporre oggetti COM in dotnet • Esporre Activex in dotnet • Reverse P/Invoke

Reverse P/Invoke • MSDN KB 318804 dice: .... This requires a DLL export, which .NET Framework does not support. Managed code has no concept of a consistent value for a function pointer because these function pointers are proxies that are built dynamically. • A che servono "DLL Export"? • Global hook • Control Panel Applets • ... • Applicazione unmanaged chiama una API esposta da un assembly • Si, si può fare! MA .... (c'è sempre un "ma") • Certamente con C++, ma è troppo scontato  • Non con VB.NET, neppure con C# ... ok, neanche con J#

Reverse P/Invoke • Creare un progetto Class Library (C# o VB.NET) • Scrivere la funzione da esportare come API • Compilarla e disassemblarla con ILDasm (ildasm /out=revsimple.il revsimple.dll) • Modificare l'IL come segue: • .corflags 0x00000002 invece di .corflags 0x00000001 • Aggiungere in cima:.vtfixup [1] int32 fromunmanaged at VT_01.data VT_01 = int32(0) • Dentro la funzione da esportare aggiungere:.method public hidebysig static int32modopt([mscorlib]System.Runtime.InteropServices.CallConvStdCall) • CPlApplet(native int hwndCPl, unsigned int32 uMsg, [in][out] native int lParam1, [in][out] native int lParam2) cil managed{ .vtentry 1 : 1 .export [1] as CPlApplet........... • Riassemblare: ilasm /out=hello.dll revsimple.il /dll CallingConvention Rinomina la funzione esportata

Reverse P/InvokeControl panel managed applet • Class library con una funzione chiamata:public static int CPlApplet( IntPtr hwndCPl, uint uMsg, [In,Out] IntPtr lParam1, [In,Out] IntPtr lParam2) • Dichiarazione di CPLINFO, NEWCPLINFO, CPL_... • Marshalling manuale dei parametri perché la lParam1 e lParam2 possono puntare a strutture diverse (CPLINFO o NEWCPLINFO) case CPLMessages.CPL_INQUIRE: AppletNumber = lParam1.ToInt32(); Info = (CPLINFO)Marshal.PtrToStructure(lParam2, typeof(CPLINFO)); Info.idIcon = 101; Info.idName = 201; Info.idInfo = 202; Info.lData = (IntPtr)1; Marshal.StructureToPtr(Info, lParam2, true); return 0; numeri delle risorse (prox slide)

Control panel managed appletIl problema delle risorse • Preparazione del file di risorse "resources.rc": • Compilazione delle risorse in res(command prompt di Visual Studio):rc resources.rc • Eventualmente aggiungere al file resources.rc le informazioni di versione perché quelle di vs.net vanno perse icona applet 101 ICON DISCARDABLE "Italy.ico"STRINGTABLE DISCARDABLE BEGIN201 "Managed Applet"202 "Mostra le opzioni del managed applet"END nome sotto l'icona descrizione a fianco all'icona

Reverse P/InvokeControl panel managed applet • Embedding di risorse Win32 nell'assembly:c:\dev.net\Demo\Interop\RevPInvoke>csc/resource:obj\Debug\RevPInvoke.InteropWorkshop.resources/win32res:resources.res /target:library /out:bin\debug\RevPInvoke.dll *.cs • In alternativa usare "Resource Hacker" importando il file .res: http://www.download.com/3000-2352-10178588.html • Registrarlo:HKLM\SOFTWARE\Microsoft\Windows\CurrentVersion\Control Panel\CplsManagedApplet = path del .cpl risorsemanaged risorse unmanaged (win32) dll nome dll compilare tutti i sorgenti

Domande?

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