はじめに

C++(≠C++/CLI)からC#のメソッド¹を呼び出すには次の方法があります。

COMを使用する
すべての.NETアセンブリはCOMコンポーネント²なので簡単にできそうですが、ジェネリクスの扱いに難がありそうな予感がします。今回は調べていません。
C++/CLIでラッパーを作成する
今回調べた方法です。

.NET Core用のC++/CLIが無いので対象は.NET Frameworkです。

マネージド/アンマネージド

C++/CLIではマネージド/アンマネージドの区別が重要になります。

マネージド/アンマネージドコード

マネージドコード(デフォルト)
- ILにコンパイルされます。
- .NETから呼び出せます。
- エクスポート(dllexport)できません。従って普通のC++から呼び出せません。
アンマネージドコード
- 機械語にコンパイルされます。
- エクスポート(dllexport)でき、普通のC++から呼び出せます。

C++/CLIで作成するDLLにはマネージドコードとアンマネージドコードを共存させることができます。
それぞれ#pragma managedと#pragma unmanagedで切り替えられます。

マネージド/アンマネージドクラス

マネージドクラス
- .NETの参照型に対応します。
- マネージドコードで定義する必要があります。
- マネージドクラスを集約できます(メンバー変数に持てます)。
- GCの対象になります。
アンマネージドクラス
- .NETの値型に対応します。
- マネージドクラスを集約できません。
- GCの対象になりません。

ハンドル

ハンドルはマネージドクラス専用のポインターのようなもので、T* ではなくT^という型名を持ちます。

// アンマネージドクラス
T* v = new T()
// マネージドクラス
T^ v = gcnew T()

アンマネージドクラスはハンドルを直接メンバー変数に持つことができません。
ただしgcrootというクラステンプレートでラップすることでメンバー変数にできます。

戦略

C++/CLIの最もよくある使われ方は、C++のライブラリをC#(.NET)で使えるようにするために使う事でしょう。この時は、C++クラスのラッパーをマネージドクラスで作成することになります。

逆はもうひと手間掛かります。

C++から呼び出すためには、アンマネージドコードで定義したアンマネージドクラスでなければなりません。
.NETのメソッドを呼び出すためには、マネージドコードでなければなりません。

これらの制限を超えるため、2つのラッパーを作成します。

マネージドコードで定義したアンマネージドクラス
.NETのクラスをメンバーに持ち、メソッドを呼び出します。
アンマネージドコードで定義したアンマネージドクラス
1.のラッパーでありC++にエクスポートするクラスです。

2.はC++側に見せるため、1.の実装に依存できません。2.を基本クラスとし、1の実装は隠蔽します³。

実装

簡単のため、以下のシンプルなC#のクラスを作成します。これをC++から呼び出します。

using System;

namespace ManagedLibrary
{
    public class ManagedClass
    {
        public void SayHello()
        {
            Console.WriteLine("Hello, C#");
        }
    }
}

ラッパーを作成する

まずC++にエクスポートするクラスを作成します。ヘッダーファイルがC++とC++/CLIの両方でコンパイルできるように注意します。

wrapper.h

#pragma once
#pragma unmanaged
#include <memory>

#ifdef WRAPPER
#define EXPORT __declspec(dllexport)
#else
#define EXPORT __declspec(dllimport)
#endif

namespace Wrapper
{
    class Wrapper {
    public:
        virtual void SayHello() = 0;
        virtual ~Wrapper() = default;
    private:
        Wrapper(const Wrapper&) = delete;
        Wrapper(Wrapper&&) = delete;
        Wrapper& operator=(const Wrapper&) = delete;
        Wrapper& operator=(Wrapper&&) = delete;
    };

    EXPORT extern std::unique_ptr<Wrapper> CreateWrapper();
}

ファクトリーメソッドも宣言しました。生のnewは邪悪ですからunique_ptrを使用します。

次にC#のメソッドを呼び出すクラスを作成します。

wrapper.cpp

#include "wrapper.h"
#pragma managed
#include <gcroot.h>

namespace Wrapper {
    public class WrapperImpl : public Wrapper
    {
    public:
        WrapperImpl()
        {
            managedObject = gcnew ManagedClass();
        }

        void SayHello() override
        {
            managedObject->SayHello();
        }

    private:
        gcroot<ManagedClass^> managedObject;
    };

    std::unique_ptr<Wrapper> CreateWrapper()
    {
        return std::make_unique<WrapperImpl>();
    }
}

ラッパーを利用する

最後に次の簡単なアプリケーションでラッパーを利用してみましょう。C++/CLIではなくC++でコンパイルします。

#include "wrapper.h"

int main()
{
    Wrapper::CreateWrapper()->SayHello();
}

実行結果

Hello, C#

参考サイト

.NET to C++ Bridge

余談

WrapperImpl::managedObjectはクラス内メンバーイニシャライザで初期化したいところですが、デフォルトコンストラクタを{}ではなく=defaultで実装したところ、アンマネージドコードでgcnewは使用できない(C3821)と言われてしまいました。ハマりそうなので普通にコンストラクタ内で初期化しています。

正確には.NET Frameworkのアセンブリに格納されているメソッド ↩
IDLを書かなくても.NETのアセンブリさえあればTLBファイルが生成できる ↩
アンマネージドクラスならポインターは見えてもよいので、pimplパターンも使える ↩