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VC++動態鏈接庫(DLL)編程深入淺出(二)

編輯:VC++

    上節給大家介紹了靜態鏈接庫與庫的調試與查看(動態鏈接庫(DLL)編程深入淺出(一)),本節主要介紹非MFC DLL。

4.非MFC DLL

4.1一個簡單的DLL

  第2節給出了以靜態鏈接庫方式提供add函數接口的方法,接下來我們來看看怎樣用動態鏈接庫實現一個同樣功能的add函數。

  如圖6,在VC++中new一個Win32 Dynamic-Link Library工程dllTest(單擊此處下載本工程附件)。注意不要選擇MFC AppWizard(dll),因為用MFC AppWizard(dll)建立的將是第5、6節要講述的MFC 動態鏈接庫。

圖6 建立一個非MFC DLL

  在建立的工程中添加lib.h及lib.cpp文件,源代碼如下:

/* 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;

}

  與第2節對靜態鏈接庫的調用相似,我們也建立一個與DLL工程處於同一工作區的應用工程dllCall,它調用DLL中的函數add,其源代碼如下:

#include <stdio.h>

#include <windows.h>

typedef int(*lpAddFun)(int, int); //宏定義函數指針類型

int main(int argc, char *argv[])

{

HINSTANCE hDll; //DLL句柄

lpAddFun addFun; //函數指針

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;

}


  分析上述代碼,dllTest工程中的lib.cpp文件與第2節靜態鏈接庫版本完全相同,不同在於lib.h對函數add的聲明前面添加了__declspec(dllexport)語句。這個語句的含義是聲明函數add為DLL的導出函數。DLL內的函數分為兩種:

  (1)DLL導出函數,可供應用程序調用;

  (2) DLL內部函數,只能在DLL程序使用,應用程序無法調用它們。

  而應用程序對本DLL的調用和對第2節靜態鏈接庫的調用卻有較大差異,下面我們來逐一分析。

  首先,語句typedef int ( * lpAddFun)(int,int)定義了一個與add函數接受參數類型和返回值均相同的函數指針類型。隨後,在main函數中定義了lpAddFun的實例addFun;

  其次,在函數main中定義了一個DLL HINSTANCE句柄實例hDll,通過Win32 Api函數LoadLibrary動態加載了DLL模塊並將DLL模塊句柄賦給了hDll;

  再次,在函數main中通過Win32 Api函數GetProcAddress得到了所加載DLL模塊中函數add的地址並賦給了addFun。經由函數指針addFun進行了對DLL中add函數的調用;

  最後,應用工程使用完DLL後,在函數main中通過Win32 Api函數FreeLibrary釋放了已經加載的DLL模塊。

  通過這個簡單的例子,我們獲知DLL定義和調用的一般概念:

  (1)DLL中需以某種特定的方式聲明導出函數(或變量、類);

  (2)應用工程需以某種特定的方式調用DLL的導出函數(或變量、類)。

  下面我們來對“特定的方式進行”闡述。

4.2 聲明導出函數

  DLL中導出函數的聲明有兩種方式:一種為4.1節例子中給出的在函數聲明中加上__declspec(dllexport),這裡不再舉例說明;另外一種方式是采用模塊定義(.def) 文件聲明,.def文件為鏈接器提供了有關被鏈接程序的導出、屬性及其他方面的信息。

  下面的代碼演示了怎樣同.def文件將函數add聲明為DLL導出函數(需在dllTest工程中添加lib.def文件):

; lib.def : 導出DLL函數

LIBRARY dllTest

EXPORTS

add @ 1


.def文件的規則為:

  (1)LIBRARY語句說明.def文件相應的DLL;

  (2)EXPORTS語句後列出要導出函數的名稱。可以在.def文件中的導出函數名後加@n,表示要導出函數的序號為n(在進行函數調用時,這個序號將發揮其作用);

  (3).def 文件中的注釋由每個注釋行開始處的分號 (;) 指定,且注釋不能與語句共享一行。

  由此可以看出,例子中lib.def文件的含義為生成名為“dllTest”的動態鏈接庫,導出其中的add函數,並指定add函數的序號為1。

4.3 DLL的調用方式

  在4.1節的例子中我們看到了由“LoadLibrary-GetProcAddress-FreeLibrary”系統Api提供的三位一體“DLL加載-DLL函數地址獲取-DLL釋放”方式,這種調用方式稱為DLL的動態調用。

  動態調用方式的特點是完全由編程者用 API 函數加載和卸載 DLL,程序員可以決定 DLL 文件何時加載或不加載,顯式鏈接在運行時決定加載哪個 DLL 文件。

  與動態調用方式相對應的就是靜態調用方式,“有動必有靜”,這來源於物質世界的對立統一。“動與靜”,其對立與統一竟無數次在技術領域裡得到驗證,譬如靜態IP與DHCP、靜態路由與動態路由等。從前文我們已經知道,庫也分為靜態庫與動態庫DLL,而想不到,深入到DLL內部,其調用方式也分為靜態與動態。“動與靜”,無處不在。《周易》已認識到有動必有靜的動靜平衡觀,《易.系辭》曰:“動靜有常,剛柔斷矣”。哲學意味著一種普遍的真理,因此,我們經常可以在枯燥的技術領域看到哲學的影子。

  靜態調用方式的特點是由編譯系統完成對DLL的加載和應用程序結束時 DLL 的卸載。當調用某DLL的應用程序結束時,若系統中還有其它程序使用該 DLL,則Windows對DLL的應用記錄減1,直到所有使用該DLL的程序都結束時才釋放它。靜態調用方式簡單實用,但不如動態調用方式靈活。

  下面我們來看看靜態調用的例子(單擊此處下載本工程附件),將編譯dllTest工程所生成的.lib和.dll文件拷入dllCall工程所在的路徑,dllCall執行下列代碼:

#pragma comment(lib,"dllTest.lib")

//.lib文件中僅僅是關於其對應DLL文件中函數的重定位信息

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;

}


  由上述代碼可以看出,靜態調用方式的順利進行需要完成兩個動作:

  (1)告訴編譯器與DLL相對應的.lib文件所在的路徑及文件名,#pragma comment(lib,"dllTest.lib")就是起這個作用。

  程序員在建立一個DLL文件時,連接器會自動為其生成一個對應的.lib文件,該文件包含了DLL 導出函數的符號名及序號(並不含有實際的代碼)。在應用程序裡,.lib文件將作為DLL的替代文件參與編譯。

  (2)聲明導入函數,extern "C" __declspec(dllimport) add(int x,int y)語句中的__declspec(dllimport)發揮這個作用。

  靜態調用方式不再需要使用系統API來加載、卸載DLL以及獲取DLL中導出函數的地址。這是因為,當程序員通過靜態鏈接方式編譯生成應用程序時,應用程序中調用的與.lib文件中導出符號相匹配的函數符號將進入到生成的EXE 文件中,.lib文件中所包含的與之對應的DLL文件的文件名也被編譯器存儲在 EXE文件內部。當應用程序運行過程中需要加載DLL文件時,Windows將根據這些信息發現並加載DLL,然後通過符號名實現對DLL 函數的動態鏈接。這樣,EXE將能直接通過函數名調用DLL的輸出函數,就象調用程序內部的其他函數一樣。

4.4 DllMain函數

  Windows在加載DLL的時候,需要一個入口函數,就如同控制台或DOS程序需要main函數、WIN32程序需要WinMain函數一樣。在前面的例子中,DLL並沒有提供DllMain函數,應用工程也能成功引用DLL,這是因為Windows在找不到DllMain的時候,系統會從其它運行庫中引入一個不做任何操作的缺省DllMain函數版本,並不意味著DLL可以放棄DllMain函數。

  根據編寫規范,Windows必須查找並執行DLL裡的DllMain函數作為加載DLL的依據,它使得DLL得以保留在內存裡。這個函數並不屬於導出函數,而是DLL的內部函數。這意味著不能直接在應用工程中引用DllMain函數,DllMain是自動被調用的。

  我們來看一個DllMain函數的例子(單擊此處下載本工程附件)。

BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule,

DWORD ul_reason_for_call,

LPVOID lpReserved

)

{

switch (ul_reason_for_call)

{

case DLL_PROCESS_ATTACH:

printf("\nprocess attach of dll");

break;

case DLL_THREAD_ATTACH:

printf("\nthread attach of dll");

break;

case DLL_THREAD_DETACH:

printf("\nthread detach of dll");

break;

case DLL_PROCESS_DETACH:

printf("\nprocess detach of dll");

break;

}

return TRUE;

}


  DllMain函數在DLL被加載和卸載時被調用,在單個線程啟動和終止時,DLLMain函數也被調用,ul_reason_for_call指明了被調用的原因。原因共有4種,即PROCESS_ATTACH、PROCESS_DETACH、THREAD_ATTACH和THREAD_DETACH,以switch語句列出。

  來仔細解讀一下DllMain的函數頭BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule, WORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved )。

  APIENTRY被定義為__stdcall,它意味著這個函數以標准Pascal的方式進行調用,也就是WINAPI方式;

  進程中的每個DLL模塊被全局唯一的32字節的HINSTANCE句柄標識,只有在特定的進程內部有效,句柄代表了DLL模塊在進程虛擬空間中的起始地址。在Win32中,HINSTANCE和HMODULE的值是相同的,這兩種類型可以替換使用,這就是函數參數hModule的來歷。

  執行下列代碼:

hDll = LoadLibrary("..\\Debug\\dllTest.dll");

if (hDll != NULL)

{

addFun = (lpAddFun)GetProcAddress(hDll, MAKEINTRESOURCE(1));

//MAKEINTRESOURCE直接使用導出文件中的序號

if (addFun != NULL)

{

int result = addFun(2, 3);

printf("\ncall add in dll:%d", result);

}

FreeLibrary(hDll);

}



  我們看到輸出順序為:

  process attach of dll

  call add in dll:5

  process detach of dll

  這一輸出順序驗證了DllMain被調用的時機。

  代碼中的GetProcAddress ( hDll, MAKEINTRESOURCE ( 1 ) )值得留意,它直接通過.def文件中為add函數指定的順序號訪問add函數,具體體現在MAKEINTRESOURCE ( 1 ),MAKEINTRESOURCE是一個通過序號獲取函數名的宏,定義為(節選自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約定

  如果通過VC++編寫的DLL欲被其他語言編寫的程序調用,應將函數的調用方式聲明為__stdcall方式,WINAPI都采用這種方式,而C/C++缺省的調用方式卻為__cdecl。__stdcall方式與__cdecl對函數名最終生成符號的方式不同。若采用C編譯方式(在C++中需將函數聲明為extern "C"),__stdcall調用約定在輸出函數名前面加下劃線,後面加“@”符號和參數的字節數,形如_functionname@number;而__cdecl調用約定僅在輸出函數名前面加下劃線,形如_functionname。

  Windows編程中常見的幾種函數類型聲明宏都是與__stdcall和__cdecl有關的(節選自windef.h):

#define CALLBACK __stdcall //這就是傳說中的回調函數

#define WINAPI __stdcall //這就是傳說中的WINAPI

#define WINAPIV __cdecl

#define APIENTRY WINAPI //DllMain的入口就在這裡

#define APIPRIVATE __stdcall

#define PASCAL __stdcall


  在lib.h中,應這樣聲明add函數:

int __stdcall add(int x, int y);


  在應用工程中函數指針類型應定義為:

typedef int(__stdcall *lpAddFun)(int, int);


  若在lib.h中將函數聲明為__stdcall調用,而應用工程中仍使用typedef int (* lpAddFun)(int,int),運行時將發生錯誤(因為類型不匹配,在應用工程中仍然是缺省的__cdecl調用),彈出如圖7所示的對話框。

圖7 調用約定不匹配時的運行錯誤

  圖8中的那段話實際上已經給出了錯誤的原因,即“This is usually a result of …”。

  單擊此處下載__stdcall調用例子工程源代碼附件。

4.6 DLL導出變量

  DLL定義的全局變量可以被調用進程訪問;DLL也可以訪問調用進程的全局數據,我們來看看在應用工程中引用DLL中變量的例子(單擊此處下載本工程附件)。

/* 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被加載時,賦全局變量為100

break;

case DLL_THREAD_ATTACH:

case DLL_THREAD_DETACH:

case DLL_PROCESS_DETACH:

break;

}

return TRUE;

}


;文件名:lib.def

;在DLL中導出變量

LIBRARY "dllTest"

EXPORTS

dllGlobalVar CONSTANT

;或dllGlobalVar DATA

GetGlobalVar


  從lib.h和lib.cpp中可以看出,全局變量在DLL中的定義和使用方法與一般的程序設計是一樣的。若要導出某全局變量,我們需要在.def文件的EXPORTS後添加:

變量名 CONSTANT   //過時的方法


  或

變量名 DATA     //VC++提示的新方法

 在主函數中引用DLL中定義的全局變量:

#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;

}


  特別要注意的是用extern int dllGlobalVar聲明所導入的並不是DLL中全局變量本身,而是其地址,應用程序必須通過強制指針轉換來使用DLL中的全局變量。這一點,從*(int*)dllGlobalVar可以看出。因此在采用這種方式引用DLL全局變量時,千萬不要進行這樣的賦值操作:

dllGlobalVar = 1;


  其結果是dllGlobalVar指針的內容發生變化,程序中以後再也引用不到DLL中的全局變量了。

  在應用工程中引用DLL中全局變量的一個更好方法是:

#include <stdio.h>

#pragma comment(lib,"dllTest.lib")

extern int _declspec(dllimport) dllGlobalVar; //用_declspec(dllimport)導入

int main(int argc, char *argv[])

{

printf("%d ", dllGlobalVar);

dllGlobalVar = 1; //這裡就可以直接使用, 無須進行強制指針轉換

printf("%d ", dllGlobalVar);

return 0;

}


  通過_declspec(dllimport)方式導入的就是DLL中全局變量本身而不再是其地址了,筆者建議在一切可能的情況下都使用這種方式。

4.7 DLL導出類

  DLL中定義的類可以在應用工程中使用。

  下面的例子裡,我們在DLL中定義了point和circle兩個類,並在應用工程中引用了它們(單擊此處下載本工程附件)。

//文件名:point.h,point類的聲明

#ifndef POINT_H

#define POINT_H

#ifdef DLL_FILE

class _declspec(dllexport) point //導出類point

#else

class _declspec(dllimport) point //導入類point

#endif

{

public:

float y;

float x;

point();

point(float x_coordinate, float y_coordinate);

};

#endif


//文件名:point.cpp,point類的實現

#ifndef DLL_FILE

#define DLL_FILE

#endif

#include "point.h"

//類point的缺省構造函數

point::point()

{

x = 0.0;

y = 0.0;

}

//類point的構造函數

point::point(float x_coordinate, float y_coordinate)

{

x = x_coordinate;

y = y_coordinate;

}


//文件名:circle.h,circle類的聲明

#ifndef CIRCLE_H

#define CIRCLE_H

#include "point.h"

#ifdef DLL_FILE

class _declspec(dllexport)circle //導出類circle

#else

class _declspec(dllimport)circle //導入類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類的實現

#ifndef DLL_FILE

#define DLL_FILE

#endif

#include "circle.h"

#define PI 3.1415926

//circle類的構造函數

circle::circle()

{

centre = point(0, 0);

radius = 0;

}

//得到圓的面積

float circle::GetArea()

{

return PI *radius * radius;

}

//得到圓的周長

float circle::GetGirth()

{

return 2 *PI * radius;

}

//設置圓心坐標

void circle::SetCentre(const point ¢rePoint)

{

centre = centrePoint;

}

//設置圓的半徑

void circle::SetRadius(float r)

{

radius = r;

}

 類的引用:

#include "..\circle.h"  //包含類聲明頭文件

#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;

}


  從上述源代碼可以看出,由於在DLL的類實現代碼中定義了宏DLL_FILE,故在DLL的實現中所包含的類聲明實際上為:

class _declspec(dllexport) point //導出類point

{



}


  和

class _declspec(dllexport) circle //導出類circle

{



}


  而在應用工程中沒有定義DLL_FILE,故其包含point.h和circle.h後引入的類聲明為:

class _declspec(dllimport) point //導入類point

{



}


  和

class _declspec(dllimport) circle //導入類circle

{



}

  不錯,正是通過DLL中的

class _declspec(dllexport) class_name //導出類circle 

{



}


  與應用程序中的

class _declspec(dllimport) class_name //導入類

{



}


  匹對來完成類的導出和導入的!

  我們往往通過在類的聲明頭文件中用一個宏來決定使其編譯為class _declspec(dllexport) class_name還是class _declspec(dllimport) class_name版本,這樣就不再需要兩個頭文件。本程序中使用的是:

#ifdef DLL_FILE

class _declspec(dllexport) class_name //導出類

#else

class _declspec(dllimport) class_name //導入類

#endif


  實際上,在MFC DLL的講解中,您將看到比這更簡便的方法,而此處僅僅是為了說明_declspec(dllexport)與_declspec(dllimport)匹對的問題。

  由此可見,應用工程中幾乎可以看到DLL中的一切,包括函數、變量以及類,這就是DLL所要提供的強大能力。只要DLL釋放這些接口,應用程序使用它就將如同使用本工程中的程序一樣!

  本章雖以VC++為平台講解非MFC DLL,但是這些普遍的概念在其它語言及開發環境中也是相同的,其思維方式可以直接過渡。

  接下來,我們將要研究MFC規則DLL(待續...)
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