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Win32環境下動態鏈接庫(DLL)編程原理

編輯:vc教程

  比較大應用程序都由很多模塊組成,這些模塊分別完成相對獨立的功能,它們彼此協作來完成整個軟件系統的工作。其中可能存在一些模塊的功能較為通用,在構造其它軟件系統時仍會被使用。在構造軟件系統時,如果將所有模塊的源代碼都靜態編譯到整個應用程序EXE文件中,會產生一些問題:一個缺點是增加了應用程序的大小,它會占用更多的磁盤空間,程序運行時也會消耗較大的內存空間,造成系統資源的浪費;另一個缺點是,在編寫大的EXE程序時,在每次修改重建時都必須調整編譯所有源代碼,增加了編譯過程的復雜性,也不利於階段性的單元測試。

  Windows系統平台上提供了一種完全不同的較有效的編程和運行環境,你可以將獨立的程序模塊創建為較小的DLL(Dynamic Linkable Library)文件,並可對它們單獨編譯和測試。在運行時,只有當EXE程序確實要調用這些DLL模塊的情況下,系統才會將它們裝載到內存空間中。這種方式不僅減少了EXE文件的大小和對內存空間的需求,而且使這些DLL模塊可以同時被多個應用程序使用。Microsoft Windows自己就將一些主要的系統功能以DLL模塊的形式實現。例如IE中的一些基本功能就是由DLL文件實現的,它可以被其它應用程序調用和集成。

  一般來說,DLL是一種磁盤文件(通常帶有DLL擴展名),它由全局數據、服務函數和資源組成,在運行時被系統加載到進程的虛擬空間中,成為調用進程的一部分。如果與其它DLL之間沒有沖突,該文件通常映射到進程虛擬空間的同一地址上。DLL模塊中包含各種導出函數,用於向外界提供服務。Windows在加載DLL模塊時將進程函數調用與DLL文件的導出函數相匹配。

  在Win32環境中,每個進程都復制了自己的讀/寫全局變量。如果想要與其它進程共享內存,必須使用內存映射文件或者聲明一個共享數據段。DLL模塊需要的堆棧內存都是從運行進程的堆棧中分配出來的。

  DLL現在越來越容易編寫。Win32已經大大簡化了其編程模式,並有許多來自AppWizard和MFC類庫的支持。

  一、導出和導入函數的匹配

  DLL文件中包含一個導出函數表。這些導出函數由它們的符號名和稱為標識號的整數與外界聯系起來。函數表中還包含了DLL中函數的地址。當應用程序加載DLL模塊時時,它並不知道調用函數的實際地址,但它知道函數的符號名和標識號。動態鏈接過程在加載的DLL模塊時動態建立一個函數調用與函數地址的對應表。如果重新編譯和重建DLL文件,並不需要修改應用程序,除非你改變了導出函數的符號名和參數序列。

  簡單的DLL文件只為應用程序提供導出函數,比較復雜的DLL文件除了提供導出函數以外,還調用其它DLL文件中的函數。這樣,一個特殊的DLL可以既有導入函數,又有導入函數。這並不是一個問題,因為動態鏈接過程可以處理交叉相關的情況。

  在DLL代碼中,必須像下面這樣明確聲明導出函數:

  __declspec(dllexport) int MyFunction(int n);

  但也可以在模塊定義(DEF)文件中列出導出函數,不過這樣做常常引起更多的麻煩。在應用程序方面,要求像下面這樣明確聲明相應的輸入函數:

  __declspec(dllimport) int MyFuncition(int n);

  僅有導入和導出聲明並不能使應用程序內部的函數調用鏈接到相應的DLL文件上。應用程序的項目必須為鏈接程序指定所需的輸入庫(LIB文件)。而且應用程序事實上必須至少包含一個對DLL函數的調用。

  二、與DLL模塊建立鏈接

  應用程序導入函數與DLL文件中的導出函數進行鏈接有兩種方式:隱式鏈接和顯式鏈接。所謂的隱式鏈接是指在應用程序中不需指明DLL文件的實際存儲路徑,程序員不需關心DLL文件的實際裝載。而顯式鏈接與此相反。

  采用隱式鏈接方式,程序員在建立一個DLL文件時,鏈接程序會自動生成一個與之對應的LIB導入文件。該文件包含了每一個DLL導出函數的符號名和可選的標識號,但是並不含有實際的代碼。LIB文件作為DLL的替代文件被編譯到應用程序項目中。當程序員通過靜態鏈接方式編譯生成應用程序時,應用程序中的調用函數與LIB文件中導出符號相匹配,這些符號或標識號進入到生成的EXE文件中。LIB文件中也包含了對應的DLL文件名(但不是完全的路徑名),鏈接程序將其存儲在EXE文件內部。當應用程序運行過程中需要加載DLL文件時,Windows根據這些信息發現並加載DLL,然後通過符號名或標識號實現對DLL函數的動態鏈接。

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