Сергей Балтийский JetBrains. Why? Скорость Оптимизация CPU Затраты на переключение контекста Память Управление памятью GC Legacy Библиотеки на C/C++ - презентация

1 Сергей Балтийский JetBrains

2 Why? Скорость Оптимизация CPU Затраты на переключение контекста Память Управление памятью GC Legacy Библиотеки на C/C++

3 How? C++/CLI COM PInvoke Native Memory in C#

4 C++ CLI C++ on Common Language Infrastructure Наследник MC++ Взаимопроникающая интеграция C++ и C#

5 C++ CLI Взаимопроникающая интеграция C++ и C# Unmanaged classes (classic C++) Managed method bodies (СIL) Managed classes (GC) Unmanaged method bodies (x86/amd64/etc)

6 C++ CLI pros Это интуитивно понятный выбор Язык, специально созданный для стыковки C++ и.NET

7 C++ CLI pros Вся мощь C++ optimizing compiler * Оптимизация на промежуточном представлении, до выгрузки в IL (по аналогии с компиляцией в x86) Заметный результат на подходящих задачах lexing, parsing

8 C++ CLI pros Нетривиальные типы данных Передача между C++ и C# без маршаллинга

9 C++ CLI cons Проблемный компилятор Большое время компиляции Internal compiler errors Постоянные доработки и изменения Разный набор ошибок компиляции и рантайма в каждой версии тулсета, v90 / v100 / v110 / v120

10 C++ CLI cons Проблемный компилятор Логические ошибки в поддержке языка пример: использование структуры, объявленной в C# внутри generic структуры templates and generics

11 C++ CLI cons Проблемный оптимизатор Из-за логических проблем с каждой новой версией компилятора отключают классы оптимизаций v120 медленнее v100 Нет Profile-Guided Optimization Не работает полноценный link-time optimization Разница заметна с unity builds

12 C++ CLI cons Проблемное окружение Привязка к конкретной версии.NET Framework при использовании конкретной версии компилятора v90 -> v3.5 (CLR2) v100 -> v4.0 (CLR4) v120 -> v4.5 (CLR4)

13 C++ CLI cons Проблемное окружение Привязка к Windows NT CoreCLR is coming Linux, MacOS на горизонте Перспективы портирования C++ CLI туманны -> /clr:pure -> /clr:safe

14 C++ CLI cons Проблемное окружение Разные архитектуры процессора даже внутри Windows NT Файл содержит native code и не является AnyCPU Множественная компиляция под разные CPU Плохо сочетается с C# внутри одного SLN

15 C++ CLI cons Проблемное окружение CRT dynamic linking only Невозможно получить самодостаточный статически слинкованный файл CRT Redist Для некоторых версий только через SxS (v90) Не поместить 32/64 в один каталог

16 C++ CLI cons Неведомое и непознанное При загрузке в secondary appdomain происходит утечка исполнения в primary appdomain Пример сценария: nUnit unit tests загружает рабочий код в специальный аппдомен В primary appdomain могут быть недоступны assembly references Может отсутствовать appbase / private bin path / binding redirects / assembly resolver, который помогает находить файлы в родном appdomain -> невозможность работы в таком сценарии

17 C++ CLI cons Неведомое и непознанное: appdomain leak workarounds Не использовать статические переменные с managed handles Не использовать CRT (после v90) И что угодно ещё в новых версиях компилятора

18 C++ CLI cons Провоцирует писать код в managed режиме в духе C++

19 C++ CLI

20 COM Component Object Model Набор конвенций для вызовов между рантаймами разной природы (ABI) Функции Структуры данных Объекты Время жизни объектов Exceptions

21 COM First-class support in.NET.NET идеологический потомок COM/COM+/DCOM Windows Runtime альтернативная ветвь развития.NET CLR не основан на COM внутри Но в нём встроена фундаментальная поддержка COM.NET COM COM.NET

22 COM pros Выглядит почти как managed object Легко импортируется в C# Интегрируется в GC Managed/native код живёт отдельно Можно линковать статически

23 COM cons Другая threading model Спецприём для создания самого первого объекта для xcopy deployment Утечки памяти при неосторожном обращении Portability*

24 process COM within.NET: appdomains appdomain COM

25 process COM within.NET: runtimes CLR 2CLR 4 COM

26 process COM within.NET: processes CLR COM process

27 COM within.NET: Interprocess Call Ole32Dll::CreateItemMoniker(null, name) Ole32Dll::GetRunningObjectTable(0) rot.Register ( ROTFLAGS_REGISTRATIONKEEPSALIVE, instance, moniker ) rot.GetObject(moniker) publishget

28 IDispatch vs Reflection Late-bound calls по имени функции.NET COM Если есть IDispatch Reflection, dynamic keyword COM.NET ComInterfaceType : InterfaceIsIDispatch, InterfaceIsDual

29 COM in.NET RCW: Runtime Callable Wrapper Автоматическое преобразование в COM-вызовах Вручную через Marshal::GetObjectForIUnknown

30 COM Object Lifetime Reference counting: AddRef, Release +1 при создании объекта При достижении 0 объект сам себя уничтожает Правила обращения со счётчиком ссылок При получении в in-параметре: не трогать При записи в field: +1, потом не забыть -1 При отдаче в out-параметр: +1 При получении из out-параметра

31 COM AddRef/Release in C++ При получении в in-параметре: ничего не трогать HRESULT DoWork(IUnknown *pUnk) { // просто используем pUnk внутри функции }

32 COM AddRef/Release in C++ При длительном хранении: +1, -1 HRESULT DoWork(IUnknown *pUnk) { // запись в member variable pUnk->AddRef(); m_pUnk = pUnk; // не забыть сделать Release() в деструкторе // или при стирании }

33 COM AddRef/Release in C++ При возврате (out-параметр, return): +1 (-1 должен сделать получатель) HRESULT DoWork(IUnknown **ppUnk) { // отдаём свой объект *ppUnk = m_pUnk; m_pUnk->AddRef(); }

34 COM AddRef/Release in C++ При получении возвращаемого значения: -1 IUnknown *pUnk = NULL; DoWork(&pUnk); // тут пользуемся pUnk pUnk->Release();

35 Reference Counting & GC RCW держит одну ссылку на COM Object Одна на все интерфейсы одного объекта Делает AddRef при первом знакомстве Делает Release в своём finalizer (или вручную)

36 Reference Counting & GC У RCW есть ещё один reference counter Отражает количество попаданий COM объекта в CLR Уменьшается при Marshal::ReleaseComObject При достижении 0 отпускает COM объект и становится недоступным для использования из дотнета

37 Marshal::ReleaseComObject Позволяет вовремя отпустить COM объект Можно этим не заниматься Тогда объект отпустится когда-нибудь, по GC Для этого и нужен второй reference counter Отражает представление пользователя о том, сколько раз объект был независимо получен из внешнего мира Опасно вызвать слишком много раз COM object that has been separated from its underlying RCW cannot be used.

38 Reference Counting & GC GC не боится циклов Но если цикл проходит через COM, то опять боится

39 .NET in COM CCW: COM Callable Wrapper Автоматическое преобразование в COM-вызовах Автоматически при создании.NET-COM-объекта из нативного кода Вручную через Marshal::GetIUnknownForObject

40 .NET in COM Атрибуты на managed типах ComVisibleAttribute GuidAttribute ComInterfaceTypeAttribute

41 Reference Counting & GC CCW не даст GC собрать объект Это вам не delegate в PInvoke

42 .NET COM.NET Из цепочки RCW-CCW извлекается настоящий.NET объект

43 Importing Declarations COM.NET. TLB.DLL/C# TLBIMP.EXE Add COM Reference in Visual Studio Написание интерфейса вручную по MIDL/MSDN/.h dynamic / Reflection.NET COM.DLL.TLB ( #import ) TLBEXP.EXE Case collisions нельзя иметь COM-visible типы, отличающиеся только регистром

44 Primary Interop Assembly Эталонный авторский TLBIMP С native COM objects можно иметь несколько альтернативных деклараций одновременно Совместимость интерфейсов только по GUID Совместимость функций только по порядковому номеру Managed COM objects требуют PIA Цепочки RCW-CCW сворачиваются, виден настоящий CLR объект Совместимость интерфейсов/методов по правилам CLR Послабления в CLR4 (for Visual Studio)

45 COM & Exceptions Error codes вместо exceptions HRESULT (32-bit integer) 0 OK <0 Error >0 Success with details IErrorInfo.NET умеет преобразовывать HRESULT exception optionally С потерей success code

46 PreserveSig MIDL: HRESULT GetObject ( [in, unique] IMoniker *pmkObjectName, [out] IUnknown **ppunkObject ); C# PreserveSig [MethodImpl(MethodImplOptions.PreserveSig)] Int32 GetObject(IMoniker pmkObjectName, [MarshalAs(UnmanagedType.Interface)] out object ppunkObject); C# non-preserve-sig [return:MarshalAs(UnmanagedType.Interface)] object GetObject(IMoniker pmkObjectName) Можно не проверять вручную, была ли ошибка Невозможно отличить S_OK от S_FALSE

47 .NET Threading ApartmentState::STA ApartmentState::MTA

48 COM Apartments Условное понятие Группа объектов, которые могут вызывать друг друга напрямую Группа тредов, в которой объекты вызывают друг друга напрямую COM Thread принадлежит одному Apartment COM Object принадлежит одному Apartment Функции объекта будут вызываться только с его тредов*

49 Single-Threaded Apartment Single thread Cooperative multitasking Windows message pump Обязательно прокачивать сообщения на таком треде Вызовы из других тредов приходят как windows messages Синхронно либо асинхронно Reentrancy

50 Multi-Threaded Apartment Максимум один в процессе Содержит все MTA-треды Использует thread pool для входящих вызовов

51 Threads & Apartments STA STA0 MTA n/a

52 COM Object Threading Models n/a Single Apartment Both Free (Free-Threaded Marshaller) (+ neutral) Влияет на создание объекта системными средствами

53 Creating a COM Object STA0STAMTA n/a STA0 Single STA0 Apartment STA Both Free MTA

54 COM Object Pointer & Apartments ISomeInterface* В пределах одного apartment можно использовать напрямую При передаче в другой apartment: ISomeInterface* byte stream другой ISomeInterface* Новый указатель будет неявно исполнять код в другом треде (если надо).NET делает это сам внутри RCW

55 RCW & Apartments Неявный блокирующий вызов в домашний apartment STA Домашний STA объекта должен быть доступен Message pump Особенно при финализации RCW

56 COM Registration Classic: Windows Registry Per-machine or per-user Не дружит с XCOPY SxS Registration-Free COM Classic WinAPI __declspec(dllexport) extern c функция Ручной вызов стандартных функций DllGetClassObject

57 THE END