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

backend 2025/7/27 5:47:42

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述
在 Visual Studio 中创建一个新的 DLL 项目，并添加以下头文件：

#pragma once#include <Windows.h>#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 <string>
// 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。
在这里插入图片描述
点击设置文本：
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确定后：
在这里插入图片描述
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
http://www.xdnf.cn/news/16284.html

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