動態鏈接庫技術使軟件工程師們獸血沸騰，它使得應用系統（程序）可以以二進制模塊的形式靈活地組建起來。比起源碼級別的模塊化，二進制級別的模塊劃 分使得各模塊更加獨立，各模塊可以分別編譯和鏈接，模塊的升級不會引起其它模塊和主程序的重新編譯，這點對於大系統的構建來說更加實用。另一方面，對於商 業目的明顯的企業，各模塊可以獨立設置訪問權限，開發成員只能訪問自己負責的模塊，其它模塊是不能也不給看到的，這樣減少了整個系統泄漏技術的風險。
一、動態鏈接庫技術概況
動態鏈接庫技術用得很多。事實上，整個Windows就是由一個個動態鏈接庫（DLL）構建起來的，不管是系統內核，或是系統調用的API封裝，還 是通用工具（如控制面板、ActiveX插件等），都是一個個動態鏈接庫文件。動態鏈接庫並不是微軟獨有的技術，它是軟件工程發展到一定階段的必然產物。 在類Unix系統中，這種二進制可執行模塊技術不叫動態鏈接庫，而被稱爲共享對象或共享庫，後綴名一般爲.so（即Share Object的簡寫）。爲簡便，下文將統稱這種動態鏈接的技術爲DLL或共享庫。
其實，DLL文件跟普通的可執行文件差別不大，都是可執行文件嘛，裝載到進程空間後，都是一些機器指令（函數代碼）、內存分配（變量）等。在 Windows中，這些可執行文件被稱作PE/COFF格式文件，在Linux則稱爲ELF文件。從CPU的角度看來，程序中的各個要素，不管是函數還是 變量，它們都是一個個地址，函數是入口地址，變量是訪問地址；而C++的所謂類或對象，最後也被編譯器肢解成了一個個變量和函數代碼（這裏是形象的說法， 嚴謹技術解說請搜索C++對象模型）。DLL的裝載（指導入進程空間，然後執行）方式比可執行文件的裝載稍微複雜，因爲它把模塊鏈接過程推遲到了運行時。 在動態鏈接庫的裝載過程中，首要任務就是解決地址重定向問題。我們知道，DLL裝載到進程空間的位置（基址）是不確定的（動態裝載嘛），即使DLL內部使 用的函數調用和全局變量引用，在裝載時都要重新計算其地址。Windows採用基址重定向（Rebasing）技術解決這一問題，而Linux採用地址無 關代碼（PIC，通過GOT和PLT表實現）技術。這兩種技術各有優缺點。
二、Qt中的動態鏈接庫編程
使用C++面向對象的類編寫DLL是要注意很多細節的，主要是二進制（ABI）兼容問題。COM是一個很成功的例子，只要符合COM的規範，我們就能編寫出很好的DLL來，然而COM是微軟私生的，要想跨平臺，我們還得另找它路。
Qt的跨平臺特性同樣令人（至少是我）獸血沸騰。如果你認爲QT僅僅是一個跨平臺界面庫，那就小看它了。我要說的是，它不但是一個通用的跨平臺的面 向對象的應用程序接口庫（包括GUI、數據庫、網絡、多線程、XML、數據容器和算法等，常用的編輯資源都有封裝，就是說，這些都可以跨平臺，而不僅僅是 界面），更是一種C++語言的擴展，一種編程平臺和應用程序框架。信號和槽的機制簡化了對象之間的通信，比MFC的消息映射直觀多了；界面的佈局管理機制 使開發人員可以很輕鬆地編出優雅的窗體；界面語言翻譯機制也很方便實用；QObject容器管理可以看到Qt在內存管理方面的努力；擴展的foreach 循環結構也向現代語言靠攏……
Qt的跨平臺特性很好，對於本文的主題——動態鏈接庫的支持也很好。QT對各種平臺的動態鏈接庫編程技術都有包裝，QT把這種技術統一命名爲共享庫 （Shared Libraries）。通過使用Qt包裝過的類和宏，可以編寫跨平臺的共享庫和插件——當然，這只是源代碼級別的跨平臺，你不要指望用MSVC編譯出來的 DLL，能集成到ARM平臺的Linux程序上面——這是一個很美很美的理想哦。
QT使用以下兩個宏來實現符號（函數或全局變量/對象）的導出和導入（跨平臺不能用def文件了）：
- Q_DECL_EXPORT // 必須添加到符號聲明中（共享庫項目）
- Q_DECL_IMPORT // 必須添加到符號聲明中（使用共享庫的客戶項目）
QT使用 QLibrary 類實現共享庫的動態加載，即在運行時決定加載那個DLL程序，插件機制使用。
三、QT共享庫和插件範例
本節通過例子，實現一個共享庫和一個插件。在Windows平臺上開發，使用VS2005編譯，QT庫版本爲4.6.2。
本例了將編寫以下三類項目：
- Bil 項目：共享庫項目，輸出Bil.dll和Bil.lib，基礎接口類庫，定義一個公共的接口IAnimal（抽象類），供客戶項目和插件項目使用；
- Plugin 類項目：插件類項目，現編寫BilDog和BilPanda兩插件項目，實現IAnimal的功能，供客戶項目加載和測試。兩項目輸出BilDog.dll和BilPanda.dll；
- Test 項目：客戶應用程序項目，輸出Test.exe，界面中可以選擇要加載的Animal插件，然後調用Animal的功能函數，完成測試；
1. 編寫共享庫——Bil 項目的實現
該項目定義一個抽象的 IAnimal 類作爲導出接口，供客戶項目和插件項目使用。項目類型爲共享庫，將生成Bil.lib和Bil.dll兩個文件，Bil.lib供Plugin項目和Test 項目引用，而Bil.dll將給Test.exe運行時動態加載。
新建一個頭文件Bil.h，輸入如下代碼：
- #ifndef BIL_H
- #define BIL_H
- #include <Qt/qglobal.h>
- // 定義BIL_SHARE，使用者可以不用再處理符號的導入和導出細節
- #ifdef BIL_LIB
- # define BIL_SHARE Q_DECL_EXPORT
- #else
- # define BIL_SHARE Q_DECL_IMPORT
- #endif
- #endif // BIL_H
你現在可能不知道BIL_SHARE宏有何用處。沒關係，請繼續看下面的IAnimal接口定義代碼：
- #ifndef IANIMAL_H
- #define IANIMAL_H
- #include "Bil.h"
- class BIL_SHARE IAnimal
- {
- public :
- IAnimal();
- virtual ~IAnimal();
- public :
- virtual void Eat() = 0;
- virtual void Run() = 0;
- virtual void Sleep() = 0;
- };
- #endif // IANIMAL_H
現在知道BIL_SHARE宏的妙用了吧。BIL_SHARE宏會根據項目編譯選項BIL_LIB有沒有定義，自動聲明IAnimal是導出類，還 是導入類。所以，使用BIL_SHARE宏，我們只需要向IAnimal插件的開發者提供同一份IAnimal定義文件（IAnimal.h）即可。
當然，我們得先在Bil項目的編譯選項中定義BIL_LIB宏，使得在Bil項目內，BIL_SHARE就是導出符號的聲明。插件項目就不要定義BIL_LIB了，因爲在Animal插件項目中，IAnimal是導入符號。
編譯選項如何定義宏？如果使用Visual Studio工程文件，依次展開：項目屬性->配置屬性->C/C++->預處理器，在預處理器定義中添加宏BIL_LIB即可；如果是QT工程文件，請在QT工程文件Bil.pro中加入如下定義：
- DEFINES += BIL_LIB
在IAnimal接口中，我們定義了三個純虛函數Eat()、Run()和Sleep()，表示吃、跑和睡眠的動作，這是抽象的，因爲不同的動物有 不同的吃相和睡眠姿態，而世間的動物何止千千萬——無所謂，讓這些具體動物的不同表現交給IAnimal插件的編寫者發揮吧——這就是接口的魅力，加上插 件的思想，整個應用程序就變成開放的，可擴展的了！
繼續編寫IAnimal類的實現文件IAnimal.cpp：
- #include "IAnimal.h"
- IAnimal::IAnimal()
- {
- }
- IAnimal::~IAnimal()
- {
- }
雖然只實現了構造和析構函數，並且什麼工作也不做，但這是必要的，我們暫時不要使用內聯的構造和析構函數，否則在插件項目實現IAnimal時可能會出現鏈接錯誤。
好了，我們開始編譯吧，生成整個Bil項目。最終我們得到兩個輸出文件：Bil.lib 和 Bil.dll。
我們向Animal插件開發者提供：
- 兩個頭文件：Bil.h 和 IAnimal.h
- 兩個庫文件：Bil.lib 和 Bil.dll
下面的插件類項目和客戶項目就是依賴這些文件實現的，也許你更願意把Bil看作是一個通用的DLL類庫，就像QT或MFC一樣——事實上也是如此，Bil就是這樣一個動態的共享類庫。
2. 編寫Animal插件——BilDog和BilPanda項目的實現
現在，讓我們來實現兩個小插件。BilDog插件很簡單，只是彙報下“我是Dog，我正在啃骨頭”；BilPanda也是如此——這裏僅僅是測試而已，實現的項目中，你可以盡情的發揮——沒錯，是在遵循IAnimal接口的前提下。
創建BilDog項目，把Bil項目輸出的Bil.h、IAnimal.h和Bil.lib加入到工程。
創建Dog類的頭文件Dog.h：
- #ifndef CLASS_DOG_H
- #define CLASS_DOG_H
- #include "IAnimal.h"
- class Dog : public IAnimal
- {
- public :
- Dog(void );
- virtual ~Dog(void );
- public :
- virtual void Eat();
- virtual void Run();
- virtual void Sleep();
- };
- #endif // CLASS_DOG_H
創建Dog類的實現文件Dog.cpp：
- #include <QtGui/QMessageBox>
- #include "Dog.h"
- Dog::Dog(void )
- {
- }
- Dog::~Dog(void )
- {
- }
- void Dog::Eat()
- {
- QMessageBox::information(NULL, "Hello" , "Dog eating ..." );
- }
- void Dog::Run()
- {
- QMessageBox::information(NULL, "Hello" , "Dog running ..." );
- }
- void Dog::Sleep()
- {
- QMessageBox::information(NULL, "Hello" , "Dog sleeping ..." );
- }
調用QT的QMessageBox::information()函數彈出一個信息提示框。
還有一個非常重要的工作，我們得提供一個能夠創建（釋放）Animal具體對象（這裏是Dog）的接口，並且把這些函數導出，讓主程序（Test.exe）能夠解析這個接口函數，動態創建Animal對象，並訪問其功能。
新建BilDog.h文件，輸入下面的代碼：
- #ifndef BILDOG_H
- #define BILDOG_H
- #include "Dog.h"
- // extern "C" 生成的導出符號沒有任何修飾，方便主程序找到它
- extern "C"
- {
- Q_DECL_EXPORT IAnimal * CreateAnimal();
- Q_DECL_EXPORT void ReleaseAnimal(IAnimal * animal);
- }
- #endif // BILDOG_H
這兩個函數的工作很簡單，直接創建和釋放對象即可。
下面是BilDog.cpp的代碼：
- #include "bildog.h"
- IAnimal * CreateAnimal()
- {
- return new Dog();
- }
- void ReleaseAnimal(IAnimal * animal)
- {
- delete animal;
- }
至此，一個Animal插件總算完成了。編譯，生成BilDog項目，輸出BilDog.dll插件文件，以供主程序Test.exe動態調用。
BilPanda項目和BilDog項目類似，在這裏就不把代碼貼出來了。以後開發Animal插件（即使是第三方）的過程都是如此。
我們不打算輸出該項目的.lib文件和那些頭文件，因爲我們打算讓主程序在運行時刻根據需要裝載dll插件和調用插件的功能，而不是讓主程序項目在編譯時就指定具體的插件。
3. 編寫客戶程序——Test項目的實現
Test項目是一個測試程序項目，但它的角色是主程序，是能使用Animal插件的客戶程序。
同樣，這個項目用到了Bil共享庫，所以得先把Bil項目的幾個輸出文件導入到Test項目。
我們假設Test主程序是一個對話框，上面有一個編輯框和一個“加載並調用”按鈕，終端用戶在編輯框中輸入Animal插件的文件名（比如 BilDog，後綴名可省略，Qt會根據平臺判斷該查找.dll還是.so），點擊“加載並調用”進行共享庫的加載，並調用動態創建的IAnimal對象 的Eat()函數（當然你可以調用Run()函數或Sleep()，這裏僅僅是一個示例）。
下面的函數將被“加載並調用”按鈕的觸發事件調用：
- // ...
- #include <QString>
- #include <QLibrary>
- #include <IAnimal.h>
- // ...
- // strPluginName爲插件的名稱，可省略後綴
- void MainDlg::LoadAndAction(QString strPluginName)
- {
- // 加載插件dll
- QLibrary lib(strPluginName);
- if (lib.load())
- {
- // 定義插件中的兩個導出函數的原型
- typedef IAnimal* (*CreateAnimalFunction)();
- typedef void (*ReleaseAnimalFunction)(IAnimal* animal);
- // 解析導出函數
- CreateAnimalFunction createAnimal =
- (CreateAnimalFunction) lib.resolve("CreateAnimal" );
- ReleaseAnimalFunction releaseAnimal =
- (ReleaseAnimalFunction) lib.resolve("ReleaseAnimal" );
- if (createAnimal && releaseAnimal)
- {
- // 創建Animal對象
- IAnimal * animal = createAnimal();
- if (animal)
- {
- // 使用插件功能
- animal->Eat();
- animal->Sleep();
- // 插件使用完畢，刪除對象
- releaseAnimal(animal);
- }
- }
- // 卸載插件
- lib.unload();
- }
- }
生成Test項目，輸出Test.exe。我們把Test.exe、Bil.dll、BilDog.dll、BilPanda.dll放在同一目 錄，雙擊運行Test.exe，趕快試下效果吧！注意BilDog.dll或BilPanda.dll依賴於基礎接口庫Bil.dll，如果系統找不到 Bil.dll，將不能加載BilDog.dll或BilPanda.dll，所以請把它們放在同一目錄。
四、一些遺憾
DLL的願望是美好的，只要接口一致，用戶可以任意更換模塊。但如果不注意細節，很容易陷入它的泥潭中，這就是傳說中的DLL Hell（DLL地獄）！
引起DLL地獄問題的主要原因有以下幾點：
1. 版本控制不好（主要是接口的版本）
DLL是共享的，如果某程序更新了一個共享的DLL，其它同樣依賴於該DLL的程序就可能不能正常工作了！
2. 二制兼容問題（ABI）
即使同一平臺，不同編譯器（甚至同一編譯器的不同版本）編出來的共享庫和程序也可能不能協同工作。
二制兼容問題對於C++來說尤其嚴重。C++的標準是源代碼級別的，標準中並沒有對如何實現C++作出統一的規定，所以不同的編譯器，對標準C++採用不 同的實現方式。這些差異主要有：對象在內存中的分配（C++）、構造和析構函數的實現（C++）、重載和模板的實現（C++）、虛函數表結構（C++）、 多重繼承和虛基類的實現（C++）、函數調用約定（C）、符號修飾（C/C++）等。此外，不同的運行時庫（CRT、STL等標準庫）也會引起ABI兼容 問題。可以說，如果你在編寫基於類的共享庫，如果接口（指導出類）稍有改變，新的DLL與原程序就可能不協同工作了。
關於二進制兼容問題，大家可以參考KDE官網上的一篇文章《Policies/Binary Compatibility Issues With C++ 》
不過這些都不是大問題，畢竟我們不是編寫像Qt一樣的通用庫。我們引入DLL劃分應用程序的模塊，目的是減小系統開發和後期升級維護的難度，同時方 便項目的管理。如果用戶想自己編寫插件模塊，就得使用我們指定的編譯平臺和類接口。所以我們仍能從DLL技術中得到很大的實惠。