👩🏻‍🌾 🕖 🧑🏿‍🤝‍🧑🏾 メリットのあるコードインジェクション ☂️ 😛 ⬆️

この記事では、Mathcad数学パッケージを例として使用して、アンマネージコードとマネージコードの間にブリッジを構築する方法について説明します。写真は、Chipmunk Totが数学パッケージツールを使用して画像を処理する方法の例を示しています。これを行うために、彼はVB.Netで記述されたカスタム関数を「使用」しました。これは、Webカメラに接続して画像を作成する機能を実装しています。関数の結果は、作業中のドキュメントですぐに利用できます。

ソースコード

一度にすべてを理解し、コードを斜めに実行したい短気な人のために、リポジトリNetEFIを示します。テストユーザーライブラリは、c＃、vb.net、c ++ / cli（VS2012、.Net 2.0、x86-32）の3つの言語で見つけることもできます。これまでのところ、32ビットの実装のみが利用可能です。

背景

数学プログラムMathcadには、サードパーティのライブラリを接続する可能性があります。このユーザーインターフェイスはUser EFIと呼ばれ、10年以上前に開発されました。それ以来、Mathcad自体は認識できないほど変化していますが、まったく変化していません。このインターフェイスがパッケージから破棄された時期がありましたが、古いユーザーがそれを要求し、Mathcad Primeの新しいバージョンでは、この珍しいインターフェイスがすべての生きているインターフェイスよりも生き生きしています。

カスタムライブラリを作成するためのかなりわかりやすいガイドがあります。記事の最後に引用しました。つまり、プロセスは次のようになります。エントリポイントで通常のdllを作成します。ロードするときに、関数を登録します。同時に、関数記述子で、Mathcadからの後続の呼び出しのアドレスを直接示します。さらに、1つのテーブルにエラーメッセージを登録することもできます。エラーが発生した場合にユーザー関数によって返される結果を使用して、このテーブルからメッセージを選択できます。それがキッチン全体です。

関数記述子は次のようになります。

FUNCTIONINFO構造

typedef LRESULT (* LPCFUNCTION ) ( void * const, const void * const, ... ); // The FUNCTIONINFO structure contains the information that Mathcad uses to register a // user function. Refer below for each member and its description. typedef struct tagFUNCTIONINFO { // Points to a NULL-terminated string that specifies the name of the user // function. char * lpstrName; // Points to a NULL-terminated string that specifies the parameters of the // user function. char * lpstrParameters; // Points to a NULL-terminated string that specifies the function description. char * lpstrDescription; // Pointer to the code that executes the user function. LPCFUNCTION lpfnMyCFunction; // Specifies the type of value returned by the function. The values are // COMPLEX_ARRAY or COMPLEX_SCALAR. long unsigned int returnType; // Specifies the number of arguments expected by the function. Must be // between 1 and MAX_ARGS. unsigned int nArgs; // Specifies an array of long unsigned integers containing input parameter // types. long unsigned int argType[ MAX_ARGS ]; } FUNCTIONINFO;

問題は、.net言語でこれを行った場合、独自の関数を記述する方がはるかに便利になることです。ただし、これを行う直接的な方法は、C ++ / CLIを使用することです。 C ++ / CLIまたはマーシャリング構造へのアダプターを介して各ユーザー機能を「ラップ」するオプションは、非現実的であり、数学プログラムのユーザーからの自明でない知識を必要とするため、すぐに却下できると思います。 .Net User EFIと呼ばれる汎用ラッパーを提供したいと思います。

問題は、接続されたすべてのアセンブリのすべての関数の代わりに登録できるユニバーサル関数を作成する方法ですが、同時にエントリポイントで特定のアセンブリから特定の関数を呼び出すために必要なすべての情報を取得します。このような関数が配置されている中間ライブラリは、接続されているアセンブリと関数の任意の数で自動的に動作するはずです。

このような普遍性を実装するには、1つの重要な問題があります。 Mathcadでは、呼び出された関数のアドレスを指定する必要があり、プロトタイプ自体は可変数のパラメーターを持つと宣言されています。汎用関数のエントリポイントでは、パラメーターを持つスタックのサイズが異なるため、関数が標準的な手段で呼び出されたときにこの情報を転送する方法はありません。コンパイルされたコード自体によって決定されます。上記の構造では、アドレス自体のみがパラメーターとして機能し、それによって、ある関数の呼び出しを別の関数の呼び出しと区別できます。

そして、ここで私たちの考えは、コードインジェクションと呼ばれるよく知られた1つのソリューションに到達するはずです。ハブについては何度も書いていますが、そのようなテクニックを使用する実用的な有用な例はあまりありません。ある意味では、dllからの関数呼び出しもインターセプトします。すべてが少し具体的に見えますが、はるかに単純です。

アイデア

それで、何を注入し、導入し、どこで、なぜするのでしょう。状況をもう一度明確にしましょう。すべての呼び出しを均一に処理し、呼び出される関数のタイプに応じてそれらを分散するユニバーサル関数を作成します。 Mathcadは何も「疑う」べきではありませんが、呼び出しパラメーターに関するユニバーサル関数のエントリポイントのどこかから追加情報を取得する必要があります。

解決策は、Mathcadに登録したアドレスでコードを動的に生成することです。動的コード用に多くのスペースをメモリ内に確保します。このコードは、パラメーターをユニバーサル関数に渡す際に補助的な作業を実行します。事前に2つのパラメーターで十分だと言います。これは、読み込まれたアセンブリの配列のアセンブリ番号と、アセンブリからの関数の番号です。パラメーターを渡すには、グローバル変数とスタックの2つの方法があります。最初のオプションを選んだのは、スタックバランス（パラメーターが配置されている）を混乱させることは簡単ですが、私たちの場合、それを復元することは難しいと思います。

ユーザー関数には3種類のパラメーターしかなく、それらはすべてポインターによって渡されることを忘れていました。MCSTRING、COMPLEXSCALAR、およびCOMPLEXARRAYです。最大数も制限されています-10個。これにより、汎用関数でのパラメーター解析の実装が簡素化されます。

実装

これで、実装段階とその後に発生するイベントの特定のシーケンスを解析する準備ができました。

ステップ1 ユーザーは、関数に関する必要な情報を含むIFunctionインターフェイスを実装する.netクラスを作成します。アセンブリにコンパイルし、userefiフォルダーにコピーします。また、このフォルダーには中間アセンブリが必要です。これをnetefiと呼びます。

ステップ2 Mathcadが起動すると、netefiメディエーションアセンブリはユーザーライブラリとして認識されます。現在のフォルダーですべての.netアセンブリを検索し、IFunctionインターフェイスの実装のためにそれらの関数を列挙します。

ステップ3 netefiは、アセンブリと関数に関する情報を内部配列に格納します。関数を定義するには、アセンブリインデックスとその中の関数インデックスの2つの番号が必要です。

ステップ4 netefiはすべての関数を繰り返し、標準的な方法でMathcadに登録しますが、FUNCTIONINFO構造体のアドレスフィールドに動的コードへのリンクを記述します。その形式は前のステップの2つのインデックスによって決定されます。

これは、具体的な実装メソッドの実装がどのように見えるかです：

動的コード

 static int assemblyId = -1; static int functionId = -1; static PBYTE pCode = NULL; #pragma unmanaged LRESULT CallbackFunction( void * out, ... ) { return ::UserFunction( & out ); } #pragma managed // TODO: 64-bit. void Manager::InjectCode( PBYTE & p, int k, int n ) { //   ( )   . * p++ = 0xB8; // mov eax, imm32 p[0] = k; p += sizeof( int ); * p++ = 0xA3; // mov [assemblyId], eax ( int * & ) p[0] = & assemblyId; p += sizeof( int * ); //   ( )   . * p++ = 0xB8; // mov eax, imm32 p[0] = n; p += sizeof( int ); * p++ = 0xA3; // mov [functionId], eax ( int * & ) p[0] = & functionId; p += sizeof( int * ); // jmp to CallbackFunction. * p++ = 0xE9; ( UINT & ) p[0] = ( PBYTE ) ::CallbackFunction - 4 - p; p += sizeof( PBYTE ); }

InjectCode（）メソッドは、Mathcadで関数を登録するときにループで呼び出されます。グローバル変数assemblyIdおよびfunctionIdは、呼び出し中の関数のタイプを決定するために使用されます。このように動作します。各関数のMathcadは、このような動的コードへのリンクを受け取ります。この場合、ロード時に既知のアセンブリインデックス（パラメータk）はassemblyIdに書き込まれ、関数インデックスはfunctionId-パラメータnに書き込まれます。次に、CallbackFunction（）への無条件遷移があり、ここでユニバーサル関数が呼び出されます。これは、マネージコードをUserFunction（）で呼び出せるようにするためです。アンマネージ/マネージディレクティブは、CallbackFunction（）でこれを許可しません。

ユニバーサル関数のパラメーターはCallbackFunction（）スタックの呼び出し、つまりパラメータの配列（戻り値は同じ場所にあります）。動的コードはスタックを損なわないため、CallbackFunction（）が完了した後、制御はMathcadに戻ります。それがすべての魔法です。

ステップ5 登録が完了したら、Mathcadドキュメントでユーザー定義関数を呼び出すことができます。ユニバーサル関数UserFunction（）は、グローバルパラメーターassemblyIdおよびfunctionIdからユーザー関数の型を復元し、パラメーターの数と型を認識してスタックを解析できるようになりました。

ステップ6 関数パラメーターのアンマネージタイプはそれぞれ、文字列のMCSTRING、TComplexのCOMPLEXSCALAR（競合が発生しないように.Net 4.0のComplexを使用しなかった）、およびTComplexのCOMPLEXARRAYに置き換えられます[、]。

ステップ7 関数のIFunction.NumericEvaluationメソッドの実装が呼び出されます。返された結果は、逆の変換シーケンスを経てMathcadに渡されます。

実装について

この特定の実装方法を多少明確に説明したと思います。プロジェクト自体のソースコードについては、環境といくつかの詳細について簡単に言及する価値があります。 Visual Studio 2012、C ++ / CLI、.Net Framework 2.0が開発環境として使用されます（対応するモードはプロジェクトプロパティで設定されます）。一般的に、動的コードはビット深度に依存し、それを64ビット表現にする方法が正確にはわからないため、すべてのプロジェクトは32ビットマシン用にコンパイルするように構成されています。多くの変更はないだろうと言われましたが。

グローバル変数の使用は適切ではありませんが、Mathcadでの作業には複数の関数を一度に呼び出す必要はありません。そこですべてが順番に行われます。

また、中間アセンブリは、新しい環境で古いインターフェイスを完全に使用できるようにする、さらにいくつかのアイデアを実装します。これはエラー処理に適用され、個別に記述する必要があります。すべてのメインコードは、1つのManagerクラス（netefi.cpp）に集中しています。テストケースを分析すると、IFunctionインターフェイスの操作方法を理解できます。異なる言語のテストケースはすべて同じことを行い、ほぼ同じ名前で呼ばれます。

例は、Mathcad 15およびMathcad Prime 3.0でテストされています。ユーザーEFIインターフェイス自体は10年以上変更されていないため（既に変更されることはほとんどありません）、バージョン11以降のMathcadの他のバージョンで説明されている方法を使用できます。 Mathcad Prime 3.0では、ユーザー関数に新しい名前（カスタム関数）が付けられましたが、塗りつぶしは同じです。

テストケース

上記のように、ここで見つけることができます。ただし、Mathcadの特定の形式の.netカスタム関数を表示しなかった場合、この記事は完全ではありません。

1つの文字列パラメーターに対してecho関数がどのようになるかを見てみましょう。

C＃オプション

 using System; using NetEFI; public class csecho: IFunction { public FunctionInfo Info { get { return new FunctionInfo( "csecho", "s", "return string", typeof( String ), new[] { typeof( String ) } ); } } public FunctionInfo GetFunctionInfo( string lang ) { return Info; } public bool NumericEvaluation( object[] args, out object result ) { result = args[0]; return true; } }

VB.Netオプション

 Imports NetEFI Public Class vbecho Implements IFunction Public ReadOnly Property Info() As FunctionInfo _ Implements IFunction.Info Get Return New FunctionInfo("vbecho", "s", "return string", _ GetType([String]), New Type() {GetType([String])}) End Get End Property Public Function GetFunctionInfo(lang As String) As FunctionInfo _ Implements IFunction.GetFunctionInfo Return Info End Function Public Function NumericEvaluation(args As Object(), ByRef result As Object) As Boolean _ Implements IFunction.NumericEvaluation result = args(0) Return True End Function End Class

C ++ / CLIオプション

 #pragma once using namespace System; using namespace System::Text; using namespace NetEFI; public ref class cppecho: public IFunction { public: virtual property FunctionInfo^ Info { FunctionInfo^ get() { return gcnew FunctionInfo( "cppecho", "s", "return string", String::typeid, gcnew array<Type^> { String::typeid } ); } } virtual FunctionInfo^ GetFunctionInfo(String^ lang) { return Info; } virtual bool NumericEvaluation( array< Object^ > ^ args, [Out] Object ^ % result ) { result = args[0]; return true; } };

その他

主な機能はほぼ準備ができていますが、いくつかの欠点があります。たとえば、ユニバーサル関数の作業は別のスレッドで実行することが望ましいです。これは最初にすることの1つです。 isUserInterruptedの呼び出しによる作業の中断は、新しいインターフェースには反映されません。これまでのところ、Mathcad自体が機能を中断できることが期待されています。考えてみると、ストリームでの作業と共通点があります。

これまでの現在のプロジェクトは、32ビットシステムでのみ動作します。 64ビット構成を追加するには、64ビットシステムで動的コードの動作をテストする必要があります。まだそのような機会はありません。

ユーザー定義関数内でCOMを操作することも、明らかに不可能になりました。ウェブカメラから画像を作成する機能を実装したときに、これに出会いました。標準オプションの1つは、クリップボードへのインターフェイスを使用することでした。そのため、ストリームはSTAThreadAttribute属性を持つ必要があると言って、機能しませんでした。 Graphics.CopyFromScreenを使用して問題を解決しました。理解する必要もあります。

欠落しているアセンブリのダウンロードも、まだ確実に行われていません。 Assembly :: LoadFile（）によって使用されます。 Assembly :: LoadFrom（）を使用する場合、Mathcadはこの場所でハングします。混合コードのデバッグにはまだ問題があります。なんらかの理由で、私にはうまくいきませんでした。実際にコードをデバッグしましたが、ログのみが保存されました。

誰かが似たようなことをして、私のコードを簡素化するための良いアイデアを提案できるかもしれません。私はすべての実用的なオプションに耳を傾けます。誰かが私のプロジェクトを混合モードのスタジオデバッガーの下で動作させたら素晴らしいと思います。これまでのところ、アンマネージコードのブレークポイントのみが機能します。もちろん、テストケースでは、コードをローミングできます。

参照資料

0. ネイティブコードを動的に生成および実行する方法

1. githubのソースとテストケース。

2. ユーザーDLLの作成（pdf）。

3. .NetユーザーEFIインターフェイス（メインPTCフォーラムのスレッド）。

4. Webカメラのサンプルのソースとビルド（以下の同じブランチ内）。

5. Mathcad EFIプラグイン（逆機能を実行する他のプロジェクトは、マネージコードからアンマネージコードを呼び出します）。

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