C++DLL编程详解

(很详细的一篇文章)

DLL(Dynamic Link Library)的概念,你可以简单的把DLL看成一种仓库,它提供给你一些可以直接拿来用的变量、函数或类。在仓库的发展史上经历了“无库-静态链接库-动态链接库”的时代。

静态链接库与动态链接库都是共享代码的方式,如果采用静态链接库,则无论你愿不愿意,lib中的指令都被直接包含在最终生成的EXE文件中了。但是若使用DLL,该DLL不必被包含在最终EXE文件中,EXE文件执行时可以“动态”地引用和卸载这个与EXE独立的DLL文件。静态链接库和动态链接库的另外一个区别在于静态链接库中不能再包含其他的动态链接库或者静态库,而在动态链接库中还可以再包含其他的动态或静态链接库。

DLL:

  (1)DLL 的编制与具体的编程语言及编译器无关
只要遵循约定的DLL接口规范和调用方式,用各种语言编写的DLL都可以相互调用。譬如Windows提供的系统 DLL(其中包括了Windows的API),在任何开发环境中都能被调用,不在乎其是Visual Basic、Visual C++还是Delphi。

  (2)动态链接库随处可见
我们在Windows目录下的system32文件夹中会看到kernel32.dll、user32.dll和gdi32.dll,windows的大多数API都包含在这些DLL中。kernel32.dll中的函数主要处理内存管理和进程调度;user32.dll中的函数主要控制用户界面;gdi32.dll中的函数则负责图形方面的操作。

  一般的程序员都用过类似MessageBox的函数,其实它就包含在user32.dll这个动态链接库中。由此可见DLL对我们来说其实并不陌生。

  (3)VC动态链接库的分类
Visual C++支持三种DLL,它们分别是Non-MFC DLL(非MFC动态库)、MFC Regular DLL(MFC规则DLL)、MFC Extension DLL(MFC扩展DLL)。

非MFC动态库:不采用MFC类库结构,其导出函数为标准的C接口,能被非MFC或MFC编写的应用程序所调用;

MFC规则DLL :包含一个继承自CWinApp的类,但其无消息循环

MFC扩展DLL:采用MFC的动态链接版本创建,它只能被用MFC类库所编写的应用程序所调用。

LIB:

在VC++6.0中新建一个名称为libTest的static library工程,并新建lib.h和lib.cpp两个文件,lib.h和lib.cpp的源代码如下:
//文件:lib.h
#ifndef LIB_H
#define LIB_H
extern “C” int add(int x,int y);   //声明为C连接方式的外部函数
#endif

//文件:lib.cpp
#include “lib.h”
int add(int x,int y)
{
return x + y;
}

编译这个工程就得到了一个.lib文件,这个文件就是一个函数库,它提供了add的功能。将头文件和.lib文件提交给用户后,用户就可以直接使用其中的add函数。

怎么使用这个库,新建一个libCall工程。libCall工程仅包含一个main.cpp文件,

#include
#include “路径\lib.h”
#pragma comment( lib, “路径\\libTest.lib” )  //指定与静态库一起连接
int main(int argc, char* argv[])
{
printf( “2 + 3 = %d”, add( 2, 3 ) );
}

#pragma comment( lib, “路径\\libTest.lib” ) 的意思是指本文件生成的.obj文件应与libTest.lib一起连接。

如果不用#pragma comment指定,则可以直接在VC++中设置,依次选择tools、options、directories、library files菜单或选项,填入库文件路径。

 非MFC DLL:

上面给出了以静态链接库方式提供add函数接口的方法,接下来看看怎样用动态链接库实现一个同样功能的add函数。在VC++中新建一个Win32 Dynamic-Link Library工程dllTest。注意不要选择MFC AppWizard(dll)。
在建立的工程中添加MyDll.h及MyDll.cpp文件,源代码如下:

/* 文件名:MyDll.h */

#ifndef MYDLL_H

#define MYDLL_H

extern “C” int __declspec(dllexport)add(int x, int y); //声明函数add为DLL的导出函数

#endif

/* 文件名:MyDll.cpp */

#include “MyDll.h”

int add(int x, int y)

{

return x + y;

}

调用方式:

建立应用工程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(“路径\\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;

}

DLL内的函数分为两种:

(1)DLL导出函数,可外部应用程序调用;

(2)DLL内部函数,只能在DLL中自己使用。

DLL中导出函数的声明有两种方式:

一种在函数声明中加上__declspec(dllexport;

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用.def文件将函数add声明为DLL导出函数

; 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。

DLL的调用方式:

动态调用:由“LoadLibrary-GetProcAddress-FreeLibrary”系统Api提供DLL加载-DLL函数地址获取-DLL释放方式。正如上面那个例子。

静态调用:这个方式要与静态库的调用方式区别开,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。

静态调用例子:静态调用方式需要完成两个动作:

(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。看个例子:

将编译dll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;

}

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。

看一个DllMain函数的例子:
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函数在DLL被加载和卸载时被调用,在单线程启动和终止时,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(“..路径\\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(“\ncall add in dll:%d”, result);

}

FreeLibrary(hDll);

}

代码中的GetProcAddress ( hDll, MAKEINTRESOURCE ( 1 ) ),它直接通过def文件中为add函数指定的顺序号访问add函数,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

出顺序为:输出顺序验证了DllMain被调用的时机

process attach of dll

call add in dll:5

process detach of dll

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,来看看在应用工程中引用DLL中变量的例子
/* 文件名:MyDll.h */

#ifndef MYDLL_H

#define MYDLL_H

extern int dllGlobalVar;

#endif

/* 文件名:MyDll.cpp */

#include “MyDll.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:MyDll.def

;在DLL中导出变量

LIBRARY “dllTest”

EXPORTS

dllGlobalVar CONSTANT

;或dllGlobalVar DATA

GetGlobalVar
从MyDll.h和MyDll.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
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,建议在一切可能的情况下都使用这种方式。

 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,在DLL中定义了point和circle两个类,并在应用工程中引用了它们//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

{

}


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

{

}


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!

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