【C++ / C#】動的配列を含む構造体をDLLからC#で受け取る方法

Question

データをDLL(C++)からC#にマーシャリングして、データの受け渡しを行っているのですが、
動的配列を含む構造体をDLLからC#受け渡しする際、上手くマーシャリングが行かず、困っています。

struct A
{
   int arrayLength; // 下記、動的配列（dArray）の長さ
   DynamicArray* dArray; // newによるメモリ確保を使用し、動的配列として使用 
}

struct DynamicArray
{
   int arrayId;
   float arrayVal;
}

// 構造体Aのデータ設定
public void SetupA(A* a, int length)
{
   a->arrayLength = length;

   a->dArray = new DynamicArray[length];
   for(int idx = 0; idx < length; idx++)
   {
      a->dArray[idx].arrayId = idx;
      a->dArray[idx].arrayVal = idx % 1.5f;
   }
}

上記の構造体をC#で以下のようにして、受け取ろうと考えています。

public struct A
{
   int arrayLength;
   DynamicArray[] dArray;

   public void Setup(IntPtr ptr)
   {
      arrayLength = (int)Marshal.PtrToStructure(ptr, typeof(int));
　　　ptr += sizeof(int);

      for(int idx = 0; idx < arrayLength; idx++)
      {
         dArray[idx].arrayId = (int)Marshal.PtrToStructure(ptr, typeof(int));
         ptr += sizeof(int);

         dArray[idx].arrayVal = (float)Marshal.PtrToStructure(ptr, typeof(float));
         ptr += sizeof(float);
      }
　　　
   }
}

public struct DynamicArray
{
   int arrayId;
   float arrayVal;
}

// ptrには、DLLの受け取りたいAの先頭ポインタが入ります
public void GetA(IntPtr ptr)
{
   private A a = new A();
   a.Setup(ptr);
}

可変配列部分が固定配列であれば、上手くいったのですが、
上記の形だと、arrayIdは正しく受け取ることができるのですが、
その下のdArrayから正しい数値を受け取ることができないようになってしまっております。

マーシャリングやC++自体不慣れでポインタ等の知識が不足している状態ですが、
何卒よろしくお願い致します。

《追記》
dArrayのそれぞれの要素の実体メモリ部分はnewで割り当てた別のところにあるのに、C#側でシーケンシャルなアクセスをしているからでは？というご指摘を頂き、恐らくこちらが原因だと思われます。
ただ、C#でunsafeを使うことで、ポインタを使用することができるとは思うのですが、Marshal.PtrToStructure()でポインタをマーシャリングする事ができませんでした。 もし、DLL側からポインタを受け取って、そのポインタを使用してその箇所の値にアクセスする手段がありましたら、ぜひご教授頂けないでしょうか？何卒、よろしくお願い致します。

Comments

[dodox86]

C++側、
> DynamicArray* dArray; // newによるメモリ確保を使用し、動的配列として使用

とあって、dArrayのそれぞれの要素の実体メモリ部分はnewで割り当てた別のところにあるのに、C#側でシーケンシャルなアクセスをしているからでは。C++側でstruct Aの全体を構築しているコードを示した方が良いと思います。例えば

struct A a;
DynamicArray* ptop = new struct DynamicArray[5];
DynamicArray* p = ptop;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
p->arrayID = i + 1;
p->arrayVal = i + 1;
++p;
}

a.arrayLength = 5;
a.dArray = ptop

こんなかんじでしょうか？

[Siroinaba]

ご指摘ありがとうございます。
> dArrayのそれぞれの要素の実体メモリ部分はnewで割り当てた別のところにあるのに、C#側でシーケンシャルなアクセスをしているからでは。
確かにご指摘の通り、確保したメモリにアクセスできていないというが、問題ですね。
ただ、C#でunsafeを使うことで、ポインタを使用することができるとは思うのですが、Marshal.PtrToStructure()でポインタをマーシャリングする事ができませんでした。
もし、DLL側からポインタを受け取って、そのポインタを使用してその箇所の値にアクセスする手段がありましたら、ぜひ教えて頂けないでしょうか？よろしくお願い致します。

>C++側でstruct Aの全体を構築しているコードを示した方が良いと思います。
struct Aのデータを構築する処理を追記させて頂きました。
もし、不足している点などありましたら、ご指摘頂けると幸いです。

[dodox86]

確認なのですが、C++側のDLLと言うのはWindowsネイティブのDLLのことで、C++/CLIの.NETアセンブリではないのですよね。

[Siroinaba]

はい、C++/CLIの.NETアセンブリではない認識です。

[dodox86]

ご提示のコードは抜粋版なのだとは思いますが、それにしてもところどころコンパイル通りません。意図を掴みかねるので断念しました。
例１：スペルミス
誤：Marshal.PtrToStructre
正：Marshal.PtrToStructure
例2：これは何？　クラス？メソッド？？
public GetA(IntPtr ptr)
{
private A a = new A();
a.Setup(ptr);
}

[Siroinaba]

大変失礼いたしました。
ご指摘頂いた2点修正致しました。

[ishina_yum]

構造体のアライメントの考慮は大丈夫でしょうか？
最近のコンパイラだとデフォルトが4バイト以下にはなっていないと思いますけれど。

[退会済みユーザー]

C++側のソースこれコンパイル通ります？多分コンパイルエラーだと思いますけど。コードを提示するなら、最低限自環境でコンパイル通る状態のものにしてください。
あと、呼び出し規約つけてないけど、その辺りきちんと理解出来てます？
言語間の相互運用ってそれなりに知識を要求されるので、きちんとMicrosoftのドキュメント等をよく読んで仕様をよく理解した上で行ってください。

Answer 1

正直な所、アンマネージドコードの相互運用に関しては、Microsoft公式のドキュメントが一番詳しく載っているので、最初に読みましょう。
アンマネージ コードとの相互運用
ネイティブ相互運用性
ネイティブ相互運用性のベスト プラクティス

今回の例だと、このへんでしょう。
クラス、構造体、および共用体のマーシャリング

matukesoさんがIntPtr使った方法回答してますので、別の方法としてunsafe使った方法を載せておきます。あと、DLL側でnewでメモリ割り当てしてるなら、DLL側にメモリ解放用の関数も用意しておかないとまずいです。

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
        struct A
        {
            public int arrayLength;
            public unsafe DynamicArray* dArray;
        }

        [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
        struct DynamicArray
        {
            public int arrayId;
            public float arrayVal;
        }

        [DllImport("DllTest.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
        extern static void SetupA([Out] out A a, int length);

        public static void Main()
        {
            var a = new A();
            SetupA(out a, 10);
            unsafe
            {
                for (var i = 0; i < a.arrayLength; i++)
                {
                    var dyn = a.dArray[i];
                    Console.WriteLine($"id:{dyn.arrayId} val:{dyn.arrayVal}");
                }
            }

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Answer 2

struct Aintop{ public int len; public IntPtr pdArray;}

public void Setup(IntPtr ptr){
  Ainterop ai=(Aintop)Marshal.PtrToStruct(ptr, typeof(Aintop));
  this.ArrayLength=ai.len;
  this.dArray=new DynamicArray[ai.len];
  for(int i=0; i<this.dArray.Length; i++)
    this.dArray[i] = (DynamicArray)Marshal.PtrToStructure( ai.pdArray+i*8, typeof(DynamicArray));
  }

みたいな。