Ao importar um dll o Windows tem um processo de resolução de assembly, ele verifica em alguns lugares como Windows\System, Windows\System32, Windows\SysWoW64, no cache global, ou no diretório do aplicativo. Não sei te dizer o algoritmo exato nem a precedência de cada diretório.
Com certeza você encontrará bibliotecas (wrappers) do tipo NativeMethods
pela internet, é comum fazer isso.
Veja:
https://referencesource.microsoft.com/#PresentationFramework/src/Framework/System/windows/Standard/NativeMethods.cs
A biblioteca desse exemplo é mista.
E outro detalhe, o aplicativo só carrega as dlls que você usar, para ver isso teste:
[DllImport("fake.dll")]
static extern void FuncaoFake();
Se você não chamar a função o aplicativo não apresenta nenhum erro.
Mas se chamar FuncaoFake()
ele mostra o seguinte erro:
System.DllNotFoundException: 'Não é possível carregar a DLL 'fake.dll': Não foi possível encontrar o módulo especificado. (Exceção de HRESULT: 0x8007007E)'
Lembrando que o uso abusivo de platform invoke
foge um pouco da filosofia de código gerenciado. Chamadas de funções nativas precisam de algumas instruções a mais para serem invocadas, a Microsoft recomenda poucas chamadas passando bastante dados ao invés de muitas chamadas passando poucos dados por chamada, desculpe, não encontrei o link da documentação sobre isso.
Se sua aplicação depende intensamente desse tipo de chamada é mais recomendado escrever em C++
.