DLL動態鏈接庫編程入門之二：非MFC DLL

原創 Cesar-Wu 2020-02-23 10:41

       上一節中講解的是DLL概論及其調試和查看，本節將爲大家詳解非MFC DLL的相關內容。

       1、一個簡單的DLL

　　上一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1，在VC++中new一個Win32 Dynamic-Link Library工程dllTest。注意不要選擇MFC AppWizard(dll)，因爲用MFC AppWizard(dll)建立的將是後面要講述的MFC動態鏈接庫。

建立一個非MFC DLL

圖1 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：

C++代碼
  1. /* 文件名：lib.h　*/      
  2.      
  3. #ifndef LIB_H      
  4. #define LIB_H      
  5. extern "C" int __declspec(dllexport)add(int x, int y);      
  6. #endif      
  7.      
  8. /* 文件名：lib.cpp　*/      
  9.      
  10. #include "lib.h"      
  11.      
  12. int add(int x, int y)      
  13. {      
  14.     return x + y;      
  15. }   

       與上一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：

C++代碼
  1. #include <stdio.h>   
  2. #include <windows.h>   
  3.   
  4. typedef int(*lpAddFun)(int, int); //宏定義函數指針類型   
  5.   
  6. int main(int argc, char *argv[])   
  7. {   
  8.      HINSTANCE hDll; //DLL句柄    
  9.      lpAddFun addFun; //函數指針   
  10.   
  11.      hDll = LoadLibrary("..\\Debug\\dllTest.dll");   
  12.      if (hDll != NULL)   
  13.      {   
  14.           addFun = (lpAddFun)GetProcAddress(hDll, "add");   
  15.           if (addFun != NULL)   
  16.           {   
  17.                int result = addFun(2, 3);   
  18.                printf("%d", result);   
  19.           }   
  20.           FreeLibrary(hDll);   
  21.      }   
  22.      return 0;   
  23. }  

       分析上述代碼，dllTest工程中的lib.cpp文件與上一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爲DLL的導出函數。DLL內的函數分爲兩種：

　　(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的調用和對上一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。

       2、聲明導出函數

　　DLL中導出函數的聲明有兩種方式：一種爲第1節例子中給出的在函數聲明中加上__declspec(dllexport)，這裏不再舉例說明；另外一種方式是採用模塊定義(.def) 文件聲明，.def文件爲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聲明爲DLL導出函數（需在dllTest工程中添加lib.def文件）：

C++代碼
  1. ; lib.def : 導出DLL函數   
  2.   
  3. LIBRARY dllTest   
  4. EXPORTS   
  5. add @ 1  

       .def文件的規則爲：

　　(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爲n（在進行函數調用時，這個序號將發揮其作用）；

　　(3).def 文件中的註釋由每個註釋行開始處的分號 (;) 指定，且註釋不能與語句共享一行。

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

       3、DLL的調用方式

　　在第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，這種調用方式稱爲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裏得到驗證，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，庫也分爲靜態庫與動態庫DLL，而想不到，深入到DLL內部，其調用方式也分爲靜態與動態。“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．繫辭》曰：“動靜有常，剛柔斷矣”。哲學意味着一種普遍的真理，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，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：

C++代碼
  1. #pragma comment(lib,"dllTest.lib")    
  2. //.lib文件中僅僅是關於其對應DLL文件中函數的重定位信息   
  3.   
  4. extern "C" __declspec(dllimport) add(int x,int y);    
  5.   
  6. int main(int argc, char* argv[])   
  7. {   
  8.      int result = add(2,3);    
  9.      printf("%d",result);   
  10.      return 0;   
  11. }  

       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，連接器會自動爲其生成一個對應的.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）。在應用程序裏，.lib文件將作爲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。這是因爲，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、DllMain函數

　　Windows在加載DLL的時候，需要一個入口函數，就如同控制檯或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，這是因爲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，並不意味着DLL可以放棄DllMain函數。

　　根據編寫規範，Windows必須查找並執行DLL裏的DllMain函數作爲加載DLL的依據，它使得DLL得以保留在內存裏。這個函數並不屬於導出函數，而是DLL的內部函數。這意味着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。

C++代碼
  1. BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule,    
  2. DWORD ul_reason_for_call,    
  3. LPVOID lpReserved   
  4. )   
  5. {   
  6.     switch (ul_reason_for_call)   
  7.     {   
  8.     case DLL_PROCESS_ATTACH:   
  9.         printf("\nprocess attach of dll");   
  10.         break;   
  11.     case DLL_THREAD_ATTACH:   
  12.         printf("\nthread attach of dll");   
  13.         break;   
  14.     case DLL_THREAD_DETACH:   
  15.         printf("\nthread detach of dll");   
  16.         break;   
  17.     case DLL_PROCESS_DETACH:   
  18.         printf("\nprocess detach of dll");   
  19.         break;   
  20.     }   
  21.     return TRUE;   
  22. }  

       DllMain函數在DLL被加載和卸載時被調用，在單個線程啓動和終止時，DLLMain函數也被調用，ul_reason_for_call指明瞭被調用的原因。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被定義爲__stdcall，它意味着這個函數以標準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：

C++代碼
  1. hDll = LoadLibrary("..\\Debug\\dllTest.dll");   
  2. if (hDll != NULL)   
  3. {   
  4.     addFun = (lpAddFun)GetProcAddress(hDll, MAKEINTRESOURCE(1));   
  5.     //MAKEINTRESOURCE直接使用導出文件中的序號   
  6.      if (addFun != NULL)   
  7.     {   
  8.         int result = addFun(2, 3);   
  9.         printf("\ncall add in dll:%d", result);   
  10.     }   
  11.     FreeLibrary(hDll);   
  12. }  

       我們看到輸出順序爲：

　　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文件中爲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，定義爲（節選自winuser.h）：

C++代碼
  1. #define MAKEINTRESOURCEA(i) (LPSTR)((DWORD)((WORD)(i)))   
  2. #define MAKEINTRESOURCEW(i) (LPWSTR)((DWORD)((WORD)(i)))   
  3. #ifdef UNICODE   
  4. #define MAKEINTRESOURCE MAKEINTRESOURCEW   
  5. #else   
  6. #define MAKEINTRESOURCE MAKEINTRESOURCEA  

       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爲__stdcall方式，WINAPI都採用這種方式，而C/C++缺省的調用方式卻爲__cdecl。__stdcall方式與__cdecl對函數名最終生成符號的方式不同。若採用C編譯方式(在C++中需將函數聲明爲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）：

C++代碼
  1. #define CALLBACK __stdcall //這就是傳說中的回調函數   
  2. #define WINAPI __stdcall //這就是傳說中的WINAPI   
  3. #define WINAPIV __cdecl   
  4. #define APIENTRY WINAPI //DllMain的入口就在這裏   
  5. #define APIPRIVATE __stdcall   
  6. #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爲：

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

　　若在lib.h中將函數聲明爲__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（因爲類型不匹配，在應用工程中仍然是缺省的__cdecl調用），彈出如圖2所示的對話框。

調用約定不匹配時的運行錯誤

圖2 調用約定不匹配時的運行錯誤

　　圖2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　…”。

       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。

C++代碼
  1. /* 文件名：lib.h　*/  
  2. #ifndef LIB_H   
  3. #define LIB_H   
  4. extern int dllGlobalVar;   
  5. #endif   
  6.   
  7. /* 文件名：lib.cpp */  
  8. #include "lib.h"   
  9. #include <windows.h>   
  10.   
  11. int dllGlobalVar;   
  12.   
  13. BOOL APIENTRY DllMain(HANDLE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved)   
  14. {   
  15.     switch (ul_reason_for_call)   
  16.     {   
  17.     case DLL_PROCESS_ATTACH:   
  18.         dllGlobalVar = 100; //在dll被加載時，賦全局變量爲100   
  19.         break;   
  20.     case DLL_THREAD_ATTACH:   
  21.     case DLL_THREAD_DETACH:   
  22.     case DLL_PROCESS_DETACH:   
  23.         break;   
  24.     }   
  25.     return TRUE;   
  26. }  
C++代碼
  1. ;文件名：lib.def   
  2. ;在DLL中導出變量   
  3.   
  4. LIBRARY "dllTest"  
  5. EXPORTS   
  6. dllGlobalVar CONSTANT   
  7. ;或dllGlobalVar DATA   
  8. 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：

C++代碼
  1. #include <stdio.h>   
  2. #pragma comment(lib,"dllTest.lib")   
  3. extern int dllGlobalVar;   
  4.   
  5. int main(int argc, char *argv[])   
  6. {   
  7.     printf("%d ", *(int*)dllGlobalVar);   
  8.     *(int*)dllGlobalVar = 1;   
  9.     printf("%d ", *(int*)dllGlobalVar);   
  10.     return 0;   
  11. }  

       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。因此在採用這種方式引用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：

C++代碼
  1. #include <stdio.h>   
  2. #pragma comment(lib,"dllTest.lib")   
  3.   
  4. extern int _declspec(dllimport) dllGlobalVar; //用_declspec(dllimport)導入   
  5.   
  6. int main(int argc, char *argv[])   
  7. {   
  8.      printf("%d ", dllGlobalVar);   
  9.      dllGlobalVar = 1; //這裏就可以直接使用, 無須進行強制指針轉換   
  10.       printf("%d ", dllGlobalVar);   
  11.      return 0;   
  12. }  

      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。

       7、DLL導出類

　　DLL中定義的類可以在應用工程中使用。

　　下面的例子裏，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。

C++代碼
  1. //文件名：point.h，point類的聲明   
  2. #ifndef POINT_H   
  3. #define POINT_H   
  4. #ifdef DLL_FILE   
  5. class _declspec(dllexport) point //導出類point   
  6. #else   
  7. class _declspec(dllimport) point //導入類point   
  8. #endif   
  9. {   
  10. public:   
  11.     float y;   
  12.     float x;   
  13.     point();   
  14.     point(float x_coordinate, float y_coordinate);   
  15. };   
  16. #endif   
  17.   
  18. //文件名：point.cpp，point類的實現   
  19. #ifndef DLL_FILE   
  20. #define DLL_FILE   
  21. #endif   
  22. #include "point.h"   
  23.   
  24. //類point的缺省構造函數   
  25. point::point()   
  26. {   
  27.     x = 0.0;   
  28.     y = 0.0;   
  29. }   
  30.   
  31. //類point的構造函數   
  32. point::point(float x_coordinate, float y_coordinate)   
  33. {   
  34.     x = x_coordinate;   
  35.     y = y_coordinate;   
  36. }   
  37.   
  38. //文件名：circle.h，circle類的聲明   
  39. #ifndef CIRCLE_H   
  40. #define CIRCLE_H   
  41. #include "point.h"    
  42. #ifdef DLL_FILE   
  43. class _declspec(dllexport)circle //導出類circle   
  44. #else   
  45. class _declspec(dllimport)circle //導入類circle   
  46. #endif   
  47. {   
  48. public:   
  49.     void SetCentre(const point ¢rePoint);   
  50.     void SetRadius(float r);   
  51.     float GetGirth();   
  52.     float GetArea();   
  53.     circle();   
  54. private:   
  55.     float radius;   
  56.     point centre;   
  57. };   
  58. #endif   
  59.   
  60. //文件名：circle.cpp，circle類的實現   
  61. #ifndef DLL_FILE   
  62. #define DLL_FILE   
  63. #endif   
  64. #include "circle.h"   
  65. #define PI 3.1415926   
  66.   
  67. //circle類的構造函數   
  68. circle::circle()   
  69. {   
  70.     centre = point(0, 0);   
  71.     radius = 0;   
  72. }   
  73.   
  74. //得到圓的面積   
  75. float circle::GetArea()   
  76. {   
  77.     return PI *radius * radius;   
  78. }   
  79.   
  80. //得到圓的周長   
  81. float circle::GetGirth()   
  82. {   
  83.     return 2 *PI * radius;   
  84. }   
  85.   
  86. //設置圓心座標   
  87. void circle::SetCentre(const point ¢rePoint)   
  88. {   
  89.     centre = centrePoint;   
  90. }   
  91.   
  92. //設置圓的半徑   
  93. void circle::SetRadius(float r)   
  94. {   
  95.     radius = r;   
  96. }  

       類的引用：

C++代碼
  1. #include "..\circle.h"　　//包含類聲明頭文件   
  2. #pragma comment(lib,"dllTest.lib");   
  3.   
  4. int main(int argc, char *argv[])   
  5. {   
  6.      circle c;   
  7.      point p(2.0, 2.0);   
  8.      c.SetCentre(p);   
  9.      c.SetRadius(1.0);   
  10.      printf("area:%f girth:%f", c.GetArea(), c.GetGirth());   
  11.      return 0;   
  12. }  

       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爲：

C++代碼
  1. class _declspec(dllexport) point //導出類point   
  2. {   
  3.     …   
  4. }  

       和

C++代碼
  1. class _declspec(dllexport) circle //導出類circle   
  2. {   
  3.     …   
  4. }  

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

C++代碼
  1. class _declspec(dllimport) point //導入類point   
  2. {   
  3.     …   
  4. }  

       和

 

C++代碼
  1. class _declspec(dllimport) circle //導入類circle   
  2. {   
  3.     …   
  4. }  

       不錯，正是通過DLL中的

C++代碼
  1. class _declspec(dllexport) class_name //導出類circle　   
  2. {   
  3.     …   
  4. }  

       與應用程序中的

C++代碼
  1. class _declspec(dllimport) class_name //導入類   
  2. {   
  3.     …   
  4. }  

       配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爲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：

C++代碼
  1. #ifdef DLL_FILE   
  2. class _declspec(dllexport) class_name //導出類   
  3. #else   
  4. class _declspec(dllimport) class_name //導入類   
  5. #endif  

       實際上，在MFC DLL的講解中，您將看到比這更簡便的方法，而此處僅僅是爲了說明_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！

　　本節雖以VC++爲平臺講解非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。

　　非MFC DLL就講到這裏，下一節將介紹MFC規則DLL。


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