VC++动态链接库(DLL)编程深入浅出(二)
添加时间: 2007-4-8 4:00:43 作者: 程序员认证参考 阅读次数:223 来源: http://www.d9soft.com
4.1一个简单的dll
第2节给出了以静态链接库方式提供add函数接口的方法，接下来我们来看看怎样用动态链接库实现一个同样功能的add函数。
如图6，在vc++中new一个win32 dynamic-link library工程dlltest（单击此处下载本工程附件）。注意不要选择mfc appwizard(dll)，因为用mfc appwizard(dll)建立的将是第5、6节要讲述的mfc 动态链接库。
图6 建立一个非mfc dll
在建立的工程中添加lib.h及lib.cpp文件，源代码如下：
/* 文件名：lib.h */
#ifndef lib_h
#define lib_h
extern "c" int __declspec(dllexport)add(int x, int y);
#endif
/* 文件名：lib.cpp */
#include "lib.h"
int add(int x, int y)
{
return x + y;
}
与第2节对静态链接库的调用相似，我们也建立一个与dll工程处于同一工作区的应用工程dllcall，它调用dll中的函数add，其源代码如下：
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
typedef int(*lpaddfun)(int, int); //宏定义函数指针类型
int main(int argc, char *argv[])
{
hinstance hdll; //dll句柄
lpaddfun addfun; //函数指针
hdll = loadlibrary("..\debug\dlltest.dll");
if (hdll != null)
{
addfun = (lpaddfun)getprocaddress(hdll, "add");
if (addfun != null)
{
int result = addfun(2, 3);
printf("%d", result);
}
freelibrary(hdll);
}
return 0;
}
分析上述代码，dlltest工程中的lib.cpp文件与第2节静态链接库版本完全相同，不同在于lib.h对函数add的声明前面添加了__declspec(dllexport)语句。这个语句的含义是声明函数add为dll的导出函数。dll内的函数分为两种：
(1)dll导出函数，可供应用程序调用；
(2) dll内部函数，只能在dll程序使用，应用程序无法调用它们。
而应用程序对本dll的调用和对第2节静态链接库的调用却有较大差异，下面我们来逐一分析。
首先，语句typedef int ( * lpaddfun)(int,int)定义了一个与add函数接受参数类型和返回值均相同的函数指针类型。随后，在main函数中定义了lpaddfun的实例addfun；
其次，在函数main中定义了一个dll hinstance句柄实例hdll，通过win32 api函数loadlibrary动态加载了dll模块并将dll模块句柄赋给了hdll；
再次，在函数main中通过win32 api函数getprocaddress得到了所加载dll模块中函数add的地址并赋给了addfun。经由函数指针addfun进行了对dll中add函数的调用；
最后，应用工程使用完dll后，在函数main中通过win32 api函数freelibrary释放了已经加载的dll模块。
通过这个简单的例子，我们获知dll定义和调用的一般概念：
(1)dll中需以某种特定的方式声明导出函数（或变量、类）；
(2)应用工程需以某种特定的方式调用dll的导出函数（或变量、类）。
下面我们来对“特定的方式进行”阐述。
4.2 声明导出函数
dll中导出函数的声明有两种方式：一种为4.1节例子中给出的在函数声明中加上__declspec(dllexport)，这里不再举例说明；另外一种方式是采用模块定义(.def) 文件声明，.def文件为链接器提供了有关被链接程序的导出、属性及其他方面的信息。
下面的代码演示了怎样同.def文件将函数add声明为dll导出函数（需在dlltest工程中添加lib.def文件）：
; lib.def : 导出dll函数
library dlltest
exports
add @ 1
.def文件的规则为：
(1)library语句说明.def文件相应的dll；
(2)exports语句后列出要导出函数的名称。可以在.def文件中的导出函数名后加@n，表示要导出函数的序号为n（在进行函数调用时，这个序号将发挥其作用）；
(3).def 文件中的注释由每个注释行开始处的分号 (;) 指定，且注释不能与语句共享一行。
由此可以看出，例子中lib.def文件的含义为生成名为“dlltest”的动态链接库，导出其中的add函数，并指定add函数的序号为1。
4.3 dll的调用方式
在4.1节的例子中我们看到了由“loadlibrary-getprocaddress-freelibrary”系统api提供的三位一体“dll加载-dll函数地址获取-dll释放”方式，这种调用方式称为dll的动态调用。
动态调用方式的特点是完全由编程者用 api 函数加载和卸载 dll，程序员可以决定 dll 文件何时加载或不加载，显式链接在运行时决定加载哪个 dll 文件。
与动态调用方式相对应的就是静态调用方式，“有动必有静”，这来源于物质世界的对立统一。“动与静”，其对立与统一竟无数次在技术领域里得到验证，譬如静态ip与dhcp、静态路由与动态路由等。从前文我们已经知道，库也分为静态库与动态库dll，而想不到，深入到dll内部，其调用方式也分为静态与动态。“动与静”，无处不在。《周易》已认识到有动必有静的动静平衡观，《易．系辞》曰：“动静有常，刚柔断矣”。哲学意味着一种普遍的真理，因此，我们经常可以在枯燥的技术领域看到哲学的影子。
静态调用方式的特点是由编译系统完成对dll的加载和应用程序结束时 dll 的卸载。当调用某dll的应用程序结束时，若系统中还有其它程序使用该 dll，则windows对dll的应用记录减1，直到所有使用该dll的程序都结束时才释放它。静态调用方式简单实用，但不如动态调用方式灵活。
下面我们来看看静态调用的例子（单击此处下载本工程附件），将编译dlltest工程所生成的.lib和.dll文件拷入dllcall工程所在的路径，dllcall执行下列代码：
#pragma comment(lib,"dlltest.lib")
//.lib文件中仅仅是关于其对应dll文件中函数的重定位信息
extern "c" __declspec(dllimport) add(int x,int y);
int main(int argc, char* argv[])
{
int result = add(2,3);
printf("%d",result);
return 0;
}
由上述代码可以看出，静态调用方式的顺利进行需要完成两个动作：
(1)告诉编译器与dll相对应的.lib文件所在的路径及文件名，#pragma comment(lib,"dlltest.lib")就是起这个作用。
程序员在建立一个dll文件时，连接器会自动为其生成一个对应的.lib文件，该文件包含了dll 导出函数的符号名及序号（并不含有实际的代码）。在应用程序里，.lib文件将作为dll的替代文件参与编译。
(2)声明导入函数，extern "c" __declspec(dllimport) add(int x,int y)语句中的__declspec(dllimport)发挥这个作用。
静态调用方式不再需要使用系统api来加载、卸载dll以及获取dll中导出函数的地址。这是因为，当程序员通过静态链接方式编译生成应用程序时，应用程序中调用的与.lib文件中导出符号相匹配的函数符号将进入到生成的exe 文件中，.lib文件中所包含的与之对应的dll文件的文件名也被编译器存储在 exe文件内部。当应用程序运行过程中需要加载dll文件时，windows将根据这些信息发现并加载dll，然后通过符号名实现对dll 函数的动态链接。这样，exe将能直接通过函数名调用dll的输出函数，就象调用程序内部的其他函数一样。
4.4 dllmain函数
windows在加载dll的时候，需要一个入口函数，就如同控制台或dos程序需要main函数、win32程序需要winmain函数一样。在前面的例子中，dll并没有提供dllmain函数，应用工程也能成功引用dll，这是因为windows在找不到dllmain的时候，系统会从其它运行库中引入一个不做任何操作的缺省dllmain函数版本，并不意味着dll可以放弃dllmain函数。
根据编写规范，windows必须查找并执行dll里的dllmain函数作为加载dll的依据，它使得dll得以保留在内存里。这个函数并不属于导出函数，而是dll的内部函数。这意味着不能直接在应用工程中引用dllmain函数，dllmain是自动被调用的。
我们来看一个dllmain函数的例子（单击此处下载本工程附件）。
bool apientry dllmain( handle hmodule,
dword ul_reason_for_call,
lpvoid lpreserved
)
{
switch (ul_reason_for_call)
{
case dll_process_attach:
printf(" process attach of dll");
break;
case dll_thread_attach:
printf(" thread attach of dll");
break;
case dll_thread_detach:
printf(" thread detach of dll");
break;
case dll_process_detach:
printf(" process detach of dll");
break;
}
return true;
}
dllmain函数在dll被加载和卸载时被调用，在单个线程启动和终止时，dllmain函数也被调用，ul_reason_for_call指明了被调用的原因。原因共有4种，即process_attach、process_detach、thread_attach和thread_detach，以switch语句列出。
来仔细解读一下dllmain的函数头bool apientry dllmain( handle hmodule, word ul_reason_for_call, lpvoid lpreserved )。
apientry被定义为__stdcall，它意味着这个函数以标准pascal的方式进行调用，也就是winapi方式；
进程中的每个dll模块被全局唯一的32字节的hinstance句柄标识，只有在特定的进程内部有效，句柄代表了dll模块在进程虚拟空间中的起始地址。在win32中，hinstance和hmodule的值是相同的，这两种类型可以替换使用，这就是函数参数hmodule的来历。
执行下列代码：
hdll = loadlibrary("..\debug\dlltest.dll");
if (hdll != null)
{
addfun = (lpaddfun)getprocaddress(hdll, makeintresource(1));
//makeintresource直接使用导出文件中的序号
if (addfun != null)
{
int result = addfun(2, 3);
printf(" call add in dll:%d", result);
}
freelibrary(hdll);
}
我们看到输出顺序为：
process attach of dll
call add in dll:5
process detach of dll
这一输出顺序验证了dllmain被调用的时机。
代码中的getprocaddress ( hdll, makeintresource ( 1 ) )值得留意，它直接通过.def文件中为add函数指定的顺序号访问add函数，具体体现在makeintresource ( 1 )，makeintresource是一个通过序号获取函数名的宏，定义为（节选自winuser.h）：
#define makeintresourcea(i) (lpstr)((dword)((word)(i)))
#define makeintresourcew(i) (lpwstr)((dword)((word)(i)))
#ifdef unicode
#define makeintresource makeintresourcew
#else
#define makeintresource makeintresourcea
4.5 __stdcall约定
如果通过vc++编写的dll欲被其他语言编写的程序调用，应将函数的调用方式声明为__stdcall方式，winapi都采用这种方式，而c/c++缺省的调用方式却为__cdecl。__stdcall方式与__cdecl对函数名最终生成符号的方式不同。若采用c编译方式(在c++中需将函数声明为extern "c")，__stdcall调用约定在输出函数名前面加下划线，后面加“@”符号和参数的字节数，形如_functionname@number；而__cdecl调用约定仅在输出函数名前面加下划线，形如_functionname。
windows编程中常见的几种函数类型声明宏都是与__stdcall和__cdecl有关的（节选自windef.h）：
#define callback __stdcall //这就是传说中的回调函数
#define winapi __stdcall //这就是传说中的winapi
#define winapiv __cdecl
#define apientry winapi //dllmain的入口就在这里
#define apiprivate __stdcall
#define pascal __stdcall
在lib.h中，应这样声明add函数：
int __stdcall add(int x, int y);
在应用工程中函数指针类型应定义为：
typedef int(__stdcall *lpaddfun)(int, int);
若在lib.h中将函数声明为__stdcall调用，而应用工程中仍使用typedef int (* lpaddfun)(int,int)，运行时将发生错误（因为类型不匹配，在应用工程中仍然是缺省的__cdecl调用），弹出如图7所示的对话框。
图7 调用约定不匹配时的运行错误
图8中的那段话实际上已经给出了错误的原因，即“this is usually a result of …”。
单击此处下载__stdcall调用例子工程源代码附件。
4.6 dll导出变量
dll定义的全局变量可以被调用进程访问；dll也可以访问调用进程的全局数据，我们来看看在应用工程中引用dll中变量的例子（单击此处下载本工程附件）。
/* 文件名：lib.h */
#ifndef lib_h
#define lib_h
extern int dllglobalvar;
#endif
/* 文件名：lib.cpp */
#include "lib.h"
#include <windows.h>
int dllglobalvar;
bool apientry dllmain(handle hmodule, dword ul_reason_for_call, lpvoid lpreserved)
{
switch (ul_reason_for_call)
{
case dll_process_attach:
dllglobalvar = 100; //在dll被加载时，赋全局变量为100
break;
case dll_thread_attach:
case dll_thread_detach:
case dll_process_detach:
break;
}
return true;
}
;文件名：lib.def
;在dll中导出变量
library "dlltest"
exports
dllglobalvar constant
;或dllglobalvar data
getglobalvar
从lib.h和lib.cpp中可以看出，全局变量在dll中的定义和使用方法与一般的程序设计是一样的。若要导出某全局变量，我们需要在.def文件的exports后添加：
变量名 constant //过时的方法
或
变量名 data //vc++提示的新方法
在主函数中引用dll中定义的全局变量：
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib,"dlltest.lib")
extern int dllglobalvar;
int main(int argc, char *argv[])
{
printf("%d ", *(int*)dllglobalvar);
*(int*)dllglobalvar = 1;
printf("%d ", *(int*)dllglobalvar);
return 0;
}
特别要注意的是用extern int dllglobalvar声明所导入的并不是dll中全局变量本身，而是其地址，应用程序必须通过强制指针转换来使用dll中的全局变量。这一点，从*(int*)dllglobalvar可以看出。因此在采用这种方式引用dll全局变量时，千万不要进行这样的赋值操作：
dllglobalvar = 1;
其结果是dllglobalvar指针的内容发生变化，程序中以后再也引用不到dll中的全局变量了。
在应用工程中引用dll中全局变量的一个更好方法是：
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib,"dlltest.lib")
extern int _declspec(dllimport) dllglobalvar; //用_declspec(dllimport)导入
int main(int argc, char *argv[])
{
printf("%d ", dllglobalvar);
dllglobalvar = 1; //这里就可以直接使用, 无须进行强制指针转换
printf("%d ", dllglobalvar);
return 0;
}
通过_declspec(dllimport)方式导入的就是dll中全局变量本身而不再是其地址了，笔者建议在一切可能的情况下都使用这种方式。
4.7 dll导出类
dll中定义的类可以在应用工程中使用。
下面的例子里，我们在dll中定义了point和circle两个类，并在应用工程中引用了它们（单击此处下载本工程附件）。
//文件名：point.h，point类的声明
#ifndef point_h
#define point_h
#ifdef dll_file
class _declspec(dllexport) point //导出类point
#else
class _declspec(dllimport) point //导入类point
#endif
{
public:
float y;
float x;
point();
point(float x_coordinate, float y_coordinate);
};
#endif
//文件名：point.cpp，point类的实现
#ifndef dll_file
#define dll_file
#endif
#include "point.h"
//类point的缺省构造函数
point::point()
{
x = 0.0;
y = 0.0;
}
//类point的构造函数
point::point(float x_coordinate, float y_coordinate)
{
x = x_coordinate;
y = y_coordinate;
}
//文件名：circle.h，circle类的声明
#ifndef circle_h
#define circle_h
#include "point.h"
#ifdef dll_file
class _declspec(dllexport)circle //导出类circle
#else
class _declspec(dllimport)circle //导入类circle
#endif
{
public:
void setcentre(const point ¢repoint);
void setradius(float r);
float getgirth();
float getarea();
circle();
private:
float radius;
point centre;
};
#endif
//文件名：circle.cpp，circle类的实现
#ifndef dll_file
#define dll_file
#endif
#include "circle.h"
#define pi 3.1415926
//circle类的构造函数
circle::circle()
{
centre = point(0, 0);
radius = 0;
}
//得到圆的面积
float circle::getarea()
{
return pi *radius * radius;
}
//得到圆的周长
float circle::getgirth()
{
return 2 *pi * radius;
}
//设置圆心坐标
void circle::setcentre(const point ¢repoint)
{
centre = centrepoint;
}
//设置圆的半径
void circle::setradius(float r)
{
radius = r;
}
类的引用：
#include "..circle.h" //包含类声明头文件
#pragma comment(lib,"dlltest.lib");
int main(int argc, char *argv[])
{
circle c;
point p(2.0, 2.0);
c.setcentre(p);
c.setradius(1.0);
printf("area:%f girth:%f", c.getarea(), c.getgirth());
return 0;
}
从上述源代码可以看出，由于在dll的类实现代码中定义了宏dll_file，故在dll的实现中所包含的类声明实际上为：
class _declspec(dllexport) point //导出类point
{
…
}
和
class _declspec(dllexport) circle //导出类circle
{
…
}
而在应用工程中没有定义dll_file，故其包含point.h和circle.h后引入的类声明为：
class _declspec(dllimport) point //导入类point
{
…
}
和
class _declspec(dllimport) circle //导入类circle
{
…
}
不错，正是通过dll中的
class _declspec(dllexport) class_name //导出类circle
{
…
}
与应用程序中的
class _declspec(dllimport) class_name //导入类
{
…
}
匹对来完成类的导出和导入的！
我们往往通过在类的声明头文件中用一个宏来决定使其编译为class _declspec(dllexport) class_name还是class _declspec(dllimport) class_name版本，这样就不再需要两个头文件。本程序中使用的是：
#ifdef dll_file
class _declspec(dllexport) class_name //导出类
#else
class _declspec(dllimport) class_name //导入类
#endif
实际上，在mfc dll的讲解中，您将看到比这更简便的方法，而此处仅仅是为了说明_declspec(dllexport)与_declspec(dllimport)匹对的问题。
由此可见，应用工程中几乎可以看到dll中的一切，包括函数、变量以及类，这就是dll所要提供的强大能力。只要dll释放这些接口，应用程序使用它就将如同使用本工程中的程序一样！
本章虽以vc++为平台讲解非mfc dll，但是这些普遍的概念在其它语言及开发环境中也是相同的，其思维方式可以直接过渡。
接下来，我们将要研究mfc规则dll
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