うわぁ、ありがとうございます。

先方で値が書き換わる場合には ref/out を付けないといけない
(付けなかったら配列だろうが値渡しになる)

だと先入観で思い込んでました。
配列だったらC++と同じくポインタ渡しになるんですね！

// C#
[DllImport("usrbatch.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
static extern void test(int[] a);

int[] a = new int[2];
test(a);


で、うまくいきました。
（C++側で設定された値が戻ってきた）