在.NET 7中使用 AOT 加速程序启动和防止反编译以及 .NET 与 Go 互相调用

背景

其实，规划这篇文章有一段时间了，但是比较懒，所以一直拖着没写。

最近时总更新太快了，太卷了，所以借着 .NET 7 正式版发布，熬夜写完这篇文章，希望能够追上时总的一点距离。

本文主要介绍如何在 .NET 和 Go 语言中如何生成系统(Windows)动态链接库，又如何从代码中引用这些库中的函数。

在 .NET 部分，介绍如何使用 AOT、减少二进制文件大小、使用最新的 [LibraryImport] 导入库函数；

在 Go 语言部分，介绍如何使用 GCC 编译 Go 代码、如何通过 syscall 导入库函数。

在文章中会演示 .NET 和 Go 相互调用各自生成的动态链接库，以及对比两者之间的差异。

本文文章内容以及源代码，可以 https://github.com/whuanle/csharp_aot_golang 中找到，如果本文可以给你带来帮助，可以到 Github 点个星星嘛。

C# 部分

环境要求

SDK：.NET 7 SDK、Desktop development with C++ workload。

IDE：Visual Studio 2022

Desktop development with C++ workload 是一个工具集，里面包含 C++ 开发工具，需要在 Visual Studio Installer 中安装，如下图红框中所示。

创建一个控制台项目

首先创建一个 .NET 7 控制台项目，名称为 CsharpAot。

打开项目之后，基本代码如图所示：

我们使用下面的代码做测试：

体验 AOT 编译

这一步，可以参考官方网站的更多说明：

https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/core/deploying/native-aot/

为了能够让项目发布时使用 AOT 模式，需要在项目文件中加上 <PublishAot>true</PublishAot> 选项。

然后使用 Visual Studio 发布项目。

发布项目的配置文件设置，需要按照下图进行配置。

AOT 跟 生成单个文件 两个选项不能同时使用，因为 AOT 本身就是单个文件。

配置完成后，点击 发布，然后打开 Release 目录，会看到如图所示的文件。

.exe 是独立的可执行文件，不需要再依赖 .NET Runtime 环境，这个程序可以放到其他没有安装 .NET 环境的机器中运行。

然后删除以下三个文件：

光用 .exe 即可运行，其他是调试符号等文件，不是必需的。

剩下 CsharpAot.exe 文件后，启动这个程序：

C# 调用库函数

这一部分的代码示例，是从笔者的一个开源项目中抽取出来的，这个项目封装了一些获取系统资源的接口，以及快速接入 Prometheus 监控。

不过很久没有更新了，最近没啥动力更新，读者可以点击这里了解一下这个项目：

https://github.com/whuanle/CZGL.SystemInfo/tree/net6.0/src/CZGL.SystemInfo/Memory

因为后续代码需要，所以现在请开启 “允许不安全代码”。

本小节的示例是通过使用 kernel32.dll 去调用 Windows 的内核 API(Win32 API)，调用 GlobalMemoryStatusEx 函数 检索有关系统当前使用物理内存和虚拟内存的信息。

使用到的 Win32 函数可参考：https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/sysinfoapi/nf-sysinfoapi-globalmemorystatusex

关于 .NET 调用动态链接库的方式，在 .NET 7 之前，通过这样调用：

在 .NET 7 中，出现了新的操作方式 [LibraryImport]。

文档是这样介绍的：

简单来说，就是我们要使用 AOT 写代码，然后代码中引用到别的动态链接库时，需要使用 [LibraryImport] 引入这些函数。

笔者没有在 AOT 下测试过 [DllImport]，读者感兴趣可以试试。

新建两个结构体 MEMORYSTATUS.cs、MemoryStatusExE.cs 。

MEMORYSTATUS.cs ：

MemoryStatusExE.cs ：

定义引用库函数的入口：

然后调用 Kernel32.dll 中的函数：

使用 AOT 发布项目，执行 CsharpAot.exe 文件。

减少体积

在前面两个例子中可以看到 CsharpAot.exe 文件大约在 3MB 左右，但是这个文件还是太大了，那么我们如何进一步减少 AOT 文件的大小呢？

读者可以从这里了解如何裁剪程序：https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/core/deploying/trimming/trim-self-contained

需要注意的是，裁剪是没有那么简单的，里面配置繁多，有一些选项不能同时使用，每个选项又能带来什么样的效果，这些选项可能会让开发者用得很迷茫。

经过笔者的大量测试，笔者选用了以下一些配置，能够达到很好的裁剪效果，供读者测试。

首先，引入一个库：

接着，在项目文件中加入以下选项：

最后，发布项目。

吃惊！生成的可执行文件只有 1MB 了，而且还可以正常执行。

笔者注：虽然现在看起来 AOT 的文件很小了，但是如果使用到 HttpClient、System.Text.Json 等库，哪怕只用到了一两个函数，最终包含这些库以及这些库使用到的依赖，生成的 AOT 文件会大得惊人。

所以，如果项目中使用到其他 nuget 包的时候，别想着生成的 AOT 能小多少！

C# 导出函数

这一步可以从时总的博客中学习更多：https://www.cnblogs.com/InCerry/p/CSharp-Dll-Export.html

PS：时总真的太强了。

在 C 语言中，导出一个函数的格式可以这样：

当代码编译之后，我们就可以通过引用生成的库文件，调用 MyCFunc、AnotherCFunc 两个方法。

如果不导出的话，别的程序是无法调用库文件里面的函数。

因为 .NET 7 的 AOT 做了很多改进，因此，.NET 程序也可以导出函数了。

新建一个项目，名字就叫 CsharpExport 吧，我们接下来就在这里项目中编写我们的动态链接库。

添加一个 CsharpExport.cs 文件，内容如下：

然后在 .csproj 文件中，加上 PublishAot 选项。

然后通过以下命令发布项目，生成链接库：

看起来还是比较大，为了继续裁剪体积，我们可以在 CsharpExport.csproj 中加入以下配置，以便生成更小的可执行文件。

C# 调用 C# 生成的 AOT

在本小节中，将使用 CsharpAot 项目调用 CsharpExport 生成的动态链接库。

把 CsharpExport.dll 复制到 CsharpAot 项目中，并配置 始终复制。

在 CsharpAot 的 Native 中加上：

然后在代码中使用：

在 Visual Studio 里启动 Debug 调试：

可以看到，是正常运行的。

接着，将 CsharpAot 项目发布为 AOT 后，再次执行：

可以看到，.NET AOT 调用 .NET AOT 的代码是没有问题的。

Golang 部分

Go 生成 Windows 动态链接库，需要安装 GCC，通过 GCC 编译代码生成对应平台的文件。

安装 GCC

需要安装 GCC 10.3，如果 GCC 版本太新，会导致编译 Go 代码失败。

打开 tdm-gcc 官网，通过此工具安装 GCC，官网地址：

https://jmeubank.github.io/tdm-gcc/download/

下载后，根据提示安装。

然后添加环境变量：

运行 gcc -v，检查是否安装成功，以及版本是否正确。

Golang 导出函数

本节的知识点是 cgo，读者可以从这里了解更多：

https://www.programmerall.com/article/11511112290/

新建一个 Go 项目：

新建一个 main.go 文件，文件内容如下：

在 Golang 中，要导出此文件中的函数，需要加上 import "C"，并且 import "C" 需要使用独立一行放置。

//export {函数名称} 表示要导出的函数，注意，// 和 export 之间 没有空格。

将 main.go 编译为动态链接库：

不得不说，Go 编译出的文件，确实比 .NET AOT 小一些。

前面，笔者演示了 .NET AOT 调用 .NET AOT ，那么， Go 调用 Go 是否可以呢？

答案是：不可以。

因为 Go 编译出来的 动态链接库本身带有 runtime，Go 调用 main.dll 时 ，会出现异常。

具有情况可以通过 Go 官方仓库的 Issue 了解：https://github.com/golang/go/issues/22192

这个时候，.NET 加 1 分。

虽然 Go 不能调用 Go 的，但是 Go 可以调用 .NET 的。在文章后面会介绍。

虽然说 Go 不能调用自己，这里还是继续补全代码，进一步演示一下。

Go 通过动态链接库调用函数的示例：

代码执行后会报错：

.NET C# 和 Golang 互调

C# 调用 Golang

将 main.dll 文件复制放到 CsharpAot 项目中，设置 始终复制。

然后在 Native 中添加以下代码：

调用 main.dll 中的函数：

在 .NET 中 string 是引用类型，而在 Go 语言中 string 是值类型，这个代码执行后，会出现什么结果呢？

执行结果是输出一个长数字。

笔者不太了解 Golang 内部的原理，不确定这个数字是不是 .NET string 传递了指针地址，然后 Go 把指针地址当字符串打印出来了。

因为在 C、Go、.NET 等语言中，关于 char、string 的内部处理方式不一样，因此这里的传递方式导致了跟我们的预期结果不一样。

接着，我们将 main.go 文件的 Start 函数改成：

然后执行命令重新生成动态链接库：

将 main.dll 文件 复制到 CsharpAot 项目中，将 Start 函数引用改成：

执行代码调用 Start 函数：

Golang 调用 C#

将 CsharpExport.dll 文件复制放到 Go 项目中。

将 main 的代码改成：

将参数改成 1、9，再次执行：

其他

在本文中，笔者演示了 .NET AOT，虽然简单的示例看起来是正常的，体积也足够小，但是如果加入了实际业务中需要的代码，最终生成的 AOT 文件也是很大的。

例如，项目中使用 HttpClient 这个库，会发现里面加入了大量的依赖文件，导致生成的 AOT 文件很大。

在 .NET 的库中，很多时候设计了大量的重载，同一个代码有好几个变种方式，以及函数的调用链太长，这样会让生成的 AOT 文件变得比较臃肿。

目前来说， ASP.NET Core 还不支持 AOT，这也是一个问题。

在 C# 部分，演示了如何使用 C# 调用系统接口，这里读者可以了解一下 pinvoke：http://pinvoke.net/

这个库封装好了系统接口，开发者不需要自己撸一遍，通过这个库可以很轻松地调用系统接口，例如笔者最近在写 MAUI 项目，通过 Win32 API 控制桌面窗口，里面就使用到 pinvoke 简化了大量代码。