Unity3D与iOS的交互

1. 关于Unity3D

Unity3D（以下简称U3D）是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。

作为一款跨平台开发工具，难免会与原生平台进行一些交互操作来完成一些特定的平台功能。例如：你需要直接操作iOS的IAP来实现游戏中的内付费功能；甚至一些第三方SDK没有提供U3D版本的情况下，你会直接在原生系统平台调用其提供接口等等。

下面将为大家介绍，在U3D下如何实现与iOS系统的交互工作，来满足一些需要借助原生系统的功能需求。

2. From U3D to iOS

2.1 实现原理

由于U3D无法直接调用Objc或者Swift语言声明的接口，幸好U3D的主要语言是C#，因此可以利用C#的特性来访问C语言所定义的接口，然后再通过C接口再调用ObjC的代码（对于Swift代码则还需要使用OC桥接）。例如，有如下C语言方法：

void nativeMethod ()
{
  NSLog(@"------- objc method call...\n");
}

在C#中则可以像下面代码一样进行引入和调用：

using System.Runtime.InteropServices;

[DllImport("__Internal")]
internal extern static void nativeMethod();

其中DllImport为一个Attribute，目的是通过非托管方式将库中的方法导出到C#中进行使用。而传入"__Internal"则是表示这个是一个静态库或者是一个内部方法。通过上面的声明，这个方法就可以在C#里面进行调用了。如：

public class Sample
{
  public void test ()
  {
    nativeMethod();
  }
}

2.2 实现步骤

下面通过一个拼接字符串的例子来说明怎么样从U3D中传入两个字符串到iOS中，然后由iOS拼接后通过NSLog输出结果：

  1. 首先新建test.m和test.h两个文件。分别写入如下内容：
/// test.h

extern "C"
{
  extern void outputAppendString (char *str1, char *str2);
}

/// test.m
#import <Foundation/Foundation.h>

void outputAppendString (char *str1, char *str2)
{
  NSString *string1 = [[NSString alloc] initWithUTF8String:str1];
  NSString *string2 = [[NSString alloc] initWithUTF8String:str2];
  
  NSLog(@"###%@", [NSString stringWithFormat:@"%@ %@", string1, string2]);
}
  1. 然后将上面的两个文件放到U3D项目的Assets目录中。如图：
放入U3D项目
  1. 分别选择test.h和test.m文件，在Inspector面板中去掉Any Platforms的勾选，然后保留iOS这一项选中。如图：
设置平台插件
  1. 新建一个叫Sample的C#脚本文件，并在这个文件中写入c接口的声明，如：
public class Sample : MonoBehaviour 
{
    //引入声明
    [DllImport("__Internal")]
    static extern void outputAppendString (string str1, string str2);
}
  1. 在Start方法中调用该方法，如：
void Start () 
{
    #if UNITY_IPHONE    
    outputAppendString("Hello", "World");
    #endif
}

注意：对于指定平台的方法，一定要使用预处理指令#if来包括起来。否则在其他平台下面执行会导致异常。

  1. 拖动Sample脚本到场景的Main Camera对象中，让脚本进行挂载。
挂载脚本
  1. 使用快捷键Command+Shift+B（或者点击菜单File -> Build Settings）调出Build Settings窗口，将项目导出为iOS项目。如图：
导出iOS项目
  1. 打开导出的iOS项目，先检查之前创建的test.m和test.h是否已经导出到项目中。如图：
检查文件
  1. 编译运行应用，可以看到控制台中会输出合并后的字符串信息，如：
2018-01-22 16:17:15.143166+0800 ProductName[29211:4392515] ###Hello World

3. From iOS to U3D

对于如何从iOS中调用U3D的接口，分为两种办法：一种是通过UnitySendMessage方法来调用Unity所定义的方法。另一种方法则是通过入口参数，传入一个U3D的非托管方法，然后调用该方法即可。两种方式的对比如下：

UnitySendMessage方式 非托管方法方式
接口声明固定，只能是void method(string message)。 接口灵活，可以为任意接口。
不能带有返回值 可以带返回值
必须要挂载到对象后才能调用。 可以不用挂载对象，但需要通过接口传入该调用方法

下面将一一讲述两种方式的实现。

3.1 UnitySendMessage

  1. 基于上面调用iOS接口的例子，在Sample.cs中增加一个callback方法。如：
void callback (string resultStr)
{
    Debug.LogFormat ("result string = {0}", resultStr);
}
  1. 由于项目已经挂载Sample.cs到Main Camera中，这就不用再进行挂载。然后打开test.m文件，在outputAppendString方法中调用callback方法，并将组合字符串返回给U3D。如：
void outputAppendString (char *str1, char *str2)
{
    NSString *string1 = [[NSString alloc] initWithUTF8String:str1];
    NSString *string2 = [[NSString alloc] initWithUTF8String:str2];
    
    NSString *resultStr = [NSString stringWithFormat:@"%@ %@", string1, string2];
    NSLog(@"###%@", resultStr);
    
    UnitySendMessage("Main Camera", "callback", resultStr.UTF8String);
}
  1. 导出iOS项目，编译运行看执行结果。
2018-01-22 17:47:00.137259+0800 ProductName[29561:4429040] ###Hello World
Setting up 1 worker threads for Enlighten.
  Thread -> id: 170cb3000 -> priority: 1 
result string = Hello World
 
(Filename: /Users/builduser/buildslave/unity/build/artifacts/generated/common/runtime/DebugBindings.gen.cpp Line: 51)

3.2 非托管方法

  1. 在Sample.cs中建立一个delegate声明，并使用UnmanagedFunctionPointer特性来标识该delegate是非托管方法。代码如下：
[UnmanagedFunctionPointer(CallingConvention.Cdecl)]
public delegate void ResultHandler(string resultString);

其中的CallingConvention.Cdel为调用时转换为C声明接口。

  1. 然后声明一个静态方法，并使用MonoPInvokeCallback特性来标记为回调方法，目的是让iOS中调用该方法时可以转换为对应的托管方法。如：
[MonoPInvokeCallback(typeof(ResultHandler))]
static void resultHandler (string resultStr)
{
    
}

注意：MonoPInvokeCallback特性参数是上一步中定义的非托管delegate。方法的声明一定要与delegate定义一致，并且必须为static进行修饰（iOS不支持非静态方法回调），否则会导致异常。

  1. 打开test.m文件，定义一个新的接口，如：
typedef void (*ResultHandler) (const char *object);

void outputAppendString2 (char *str1, char *str2, ResultHandler resultHandler)
{
    NSString *string1 = [[NSString alloc] initWithUTF8String:str1];
    NSString *string2 = [[NSString alloc] initWithUTF8String:str2];
    
    NSString *resultStr = [NSString stringWithFormat:@"%@ %@", string1, string2];
    NSLog(@"###%@", resultStr);
    
    resultHandler (resultStr.UTF8String);
}

上面代码可见，在C中需要定义一个与C#的delgate相同的函数指针ResultHandler。然后新增的outputAppendString2方法中多了一个回调参数resultHandler。这样就能够把C#传入的方法进行调用了。

  1. 回到Sample.cs文件，定义outputAppendString2的声明。
[DllImport("__Internal")]
static extern void outputAppendString2 (string str1, string str2, IntPtr resultHandler);

注意：回调方法的参数必须是IntPtr类型，表示一个函数指针。

  1. 在Start方法中调用outputAppendString2，并将回调方法转换为IntPtr类型传给方法。如：
ResultHandler handler = new ResultHandler(resultHandler);
IntPtr fp = Marshal.GetFunctionPointerForDelegate(handler);
outputAppendString2 ("Hello", "World", fp);

上面代码使用Marshal的GetFunctionPointerForDelegate来获取resultHandler的指针。

  1. 导出iOS项目，编译运行。
2018-01-22 19:02:31.339317+0800 ProductName[29852:4459349] ###Hello World
result string = Hello World
Sample:outputAppendString2(String, String, IntPtr)
 
(Filename: /Users/builduser/buildslave/unity/build/artifacts/generated/common/runtime/DebugBindings.gen.cpp Line: 51)

4. 类型传递

对于基础类型数据（如：int、double、string等）是可以直接从U3D中传递给iOS的。具体对应关系如下表所示：

U3D iOS
short short
int int
long long long
bool bool
char char
string char *
struct struct
byte[] void *
IntPtr void *

注意

  • 引用型数据不能直接从U3D传给iOS。如果需要传递这样的类型，可以考虑将对象序列化成byte数组，然后在iOS中进行反序列化将其还原回来。
  • 对于string类型，会自动转换为c语言中的char *。但是由于C#中的string是托管类型，因此char *是无法直接转换为string的，所以不要直接在返回值中返回char *类型。下一节会针对返回值进行详细的说明。
  • struct类型数据中不能包含引用型数据，否则在调用接口时会报告类似下面的提示：
MarshalDirectiveException: Cannot marshal field 't' of type 'TestStructType': Reference type field marshaling is not supported.

4.1 关于Marshal

Marshal类型主要是用于将C#中托管和非托管类型进行一个转换的桥梁。其提供了一系列的方法，这些方法包括用于分配非托管内存、复制非托管内存块、将托管类型转换为非托管类型，此外还提供了在与非托管代码交互时使用的其他杂项方法等。

本质上U3D与iOS的交互过程就是C#与C的交互过程，所以Marshal就成了交互的关键，因为C#与C的交互正正涉及到托管与非托管代码的转换。下面将举例说明，如何将一个C#的引用类型转换到对应的OC类型。

  1. 首先在C#中声明一个类型Person 
class Person
{
    public string name;
    public int age;
}
  1. 在C中声明一个接口printPersonInfo用于打印传递过来的Person信息，如：
void printPersonInfo(void *personData);
  1. 在C#中声明此接口
[DllImport("__Internal")]
static extern void printPersonInfo (IntPtr personData);
  1. 创建一个Person的实例，然后将其序列化成byte数组，这里使用到对象序列化的一些知识。
Person person = new Person();
person.name = "vimfung";
person.age = 18;

List<byte> buf = new List<byte>();

//写入name
byte[] bytes = BitConverter.GetBytes (person.name.Length);
if (BitConverter.IsLittleEndian)
{
    Array.Reverse (bytes);
}
buf.AddRange (bytes);
buf.AddRange (Encoding.UTF8.GetBytes (person.name));

//写入age
bytes = BitConverter.GetBytes (person.age);
if (BitConverter.IsLittleEndian)
{
    Array.Reverse (bytes);
}
buf.AddRange(bytes);

byte[] bufBytes = buf.ToArray();
  1. 将byte数组通过Marshal类转换为IntPtr类型，并传入给C接口。
//转换成功IntPtr
IntPtr personData = Marshal.AllocHGlobal(bufBytes.Length);
Marshal.Copy(bufBytes, 0, personData, bufBytes.Length);

printPersonInfo(personData);

Marshal.FreeHGlobal(personData);

注意：Marshal申请的内存不是自动回收的，因此调用后需要通过显示方法FreeHGlobal调用释放。

  1. 回到C代码中，并实现其内部处理逻辑，如：
void printPersonInfo(void *personData)
{
    int offset = 0;
    
    //获取name
    int nameLen = (((unsigned char *)personData) [offset] << 24)
    | (((unsigned char *)personData) [offset + 1] << 16)
    | (((unsigned char *)personData) [offset + 2] << 8)
    | (((unsigned char *)personData) [offset + 3]);
    offset += 4;
    
    char *nameBuf = malloc(sizeof(char) * (nameLen + 1));
    memset(nameBuf, 0, nameLen);
    memcpy(nameBuf, (char *)personData + offset, nameLen);
    offset += nameLen;
    NSLog(@"person name = %s", nameBuf);
    
    //获取age
    int age = (((unsigned char *)personData) [offset] << 24)
    | (((unsigned char *)personData) [offset + 1] << 16)
    | (((unsigned char *)personData) [offset + 2] << 8)
    | (((unsigned char *)personData) [offset + 3]);
    NSLog(@"person age = %d", age);
}
  1. 导出iOS项目，编译运行可以看到日志里面的输出结果
2018-01-29 14:38:56.378376+0800 ProductName[8584:1163121] person name = vimfung
2018-01-29 14:38:56.378509+0800 ProductName[8584:1163121] person age = 18

5. 返回值

除了基础类型中的数值类型可以直接从iOS中返回给U3D外，其他的类型是不能直接进行返回的，其中理由也很简单，因为非托管类型不能直接转换成托管类型。如果你想直接返回一个字符串给U3D，那么在运行时就会产生异常，因为转换成托管类型后他的内存由系统管理，一旦对象销毁他就会被释放内存，但它并不知道非托管模式下它是否被释放。

为了解决返回值的问题，其实可以借助上面提到的Marshal类型配合序列化的方式来进行返回值的返回：

  1. 先定义C代码中的接口
void* returnString(int *len)
{
    NSString *retStr = @"Hello World";
    *len = (int)retStr.length;
    
    char *nameBuffer = malloc(sizeof(char) * (retStr.length + 1));
    memcpy(nameBuffer, retStr.UTF8String, retStr.length);
    return nameBuffer;
}
  1. 在C#中声明该接口
[DllImport("__Internal")]
static extern IntPtr returnString (out int len);
  1. 调用该接口，并解析返回参数值
int strLen = 0;
IntPtr stringData = returnString(out strLen);
if (strLen > 0)
{
    byte[] buffer = new byte[strLen];
    Marshal.Copy(stringData, buffer, 0, strLen);
    Marshal.FreeHGlobal(stringData);

    string str = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
    Debug.Log(str);
}
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