DLL 是 Dynamic Link Library 的缩写,译为“动态链接库”。DLL也是一个被编译过的二进制程序,DLL 中封装了很多函数,只要知道函数的入口地址,就可以被其他程序调用。但与 exe 不同,DLL不能独立运行,必须由其他程序调用载入内存。
Windows API中所有的函数都包含在DLL中,其中有3个最重要的DLL:
Kemel32.dll:它包含那些用于管理内存、进程和线程的函数,例如CreateThread函数;
User32.dll:它包含那些用于执行用户界面任务(如窗口的创建和消息的传送)的函数,例如 CreateWindow 函数;
GDI32.dll:它包含那些用于画图和显示文本的函数。
BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved)
{
switch (ul_reason_for_call)
{
case DLL_PROCESS_ATTACH:
case DLL_THREAD_ATTACH:
case DLL_THREAD_DETACH:
case DLL_PROCESS_DETACH:
break;
}
return TRUE;
}
函数和数据被编译进一个二进制文件(通常扩展名为.LIB)。在使用静态库的情况下, 在编译链接可执行文件时,链接器从库中复制这些函数和数据并把它们和应用程序的其他模块组合起来创建最终的可执行文件(.EXE文件)。当发布产品时,只需要发布这个可执行文件,并不需要发布被使用的静态库。
在使用动态库的时候,往往提供两个文件:一个引入库(.lib)文件和一个DLL (.dll) 文件。虽然引入库的后缀名也是“lib”,但是,动态库的引入库文件和静态库文件有着本质上的区别,对一个DLL来说,其引入库文件(.lib)包含该DLL导出的函数和变量的符号名,而.dll文件包含该DLL实际的函数和数据。在使用动态库的情况下,在编译链接可执行文件时,只需要链接该DLL的引入库文件,该DLL中的函数代码和数据并不复制到可执行文件中,直到可执行程序运行时,才去加载所需的DLL,将该DLL映射到进程的地址空间中,然后访问DLL中导出的函数。这时,在发布产品时,除了发布可执行文件以外,同时还要发布该程序将要调用的动态链接库。
我们可以采用自己熟悉的开发语言编写DLL,然后由其他语言编写的可执行程序来调用这些DLL。例如,可以利用VB来编写程序的界面,然后调用利用VC++或Delphi编写的完成程序业务逻辑的DLL。
在发布产品时,可以发布产品功能实现的动态链接库规范,让其他公司或个人遵照这个规范开发自己的DLL,以取代产品原有的DLL,让产品调用新的DLL,从而实现功能 的增强。在实际工作中,我们看到许多产品都提供了界面插件功能,允许用户动态地更换程序的界面,这就可以通过更换界面DLL来实现。
在销售产品的同时,可以采用DLL的形式提供一个二次开发的平台,让用户可以利用该DLL调用其中实现的功能,编写符合自己业务需要的产品,从而实现二次开发。
在一个大型项目开发中,通常都是由多个项目小组同时开发,如果采用串行开发,则效率是非常低的。我们可以将项目细分,将不同功能交由各项目小组以多个DLL的方式实现,这样,各个项目小组就可以同时进行开发了。
如果多个应用程序需要访问同样的功能,那么可以将该功能以DLL的形式提供,这样在机器上只需要存在一份该DLL文件就可以了,从而节省了磁盘空间。另外,如果多个应用程序使用同一个DLL,该DLL只需要放入内存一次,所有的应用程序就都可以共亨它了。这样,内存的使用将更加有效。
我们知道,当进程被加载时,系统会为它分配内存,接着分析该可执行模块,找到该程序将要调用哪些DLL,然后系统搜索这些DLL,找到后就加载它们,并为它们分配内存空间。DLL的内存空间只有一份,如果有第二个程序也需要加载该DLL,那么它们共享内存空间,相同的DLL不会再次加载。
DLL可以包含对话框模板、字符串、图标和位图等多种资源,多个应用程序可以使用DLL来共享这些资源。在实际工作中,可以编写一个纯资源的动态链接库,供其他应用程序访问。
如果产品需要提供多语言版本,那么就可以使用DLL来支持多语言。可以为每种语言创建一个只支持这种语言的动态链接库。
1、打开VS2013,创建项目,点DLL,输入项目名称,MakeDll,添加新项,来创建头文件MakeDll.h;
MakeDll.h
#define DLL_API __declspec(dllexport)
#include
using namespace std;
DLL_API int add(int a, int b);
class DLL_API Point
{
private:
float x, y;
public:
Point();
void SetPoint(float a, float b);
void DisPlay();
};
2、创建MakeDll.cpp来实现MakeDll.h中的函数和类;
在MakeDll.cpp中需要包含MakeDll.h头文件==>右击项目==>属性==>配置属性==>VC++目录==>可执行文件目录,在项目中找到MakeDll.h所在目录,包含以下就可以了
MakeDll.cpp
#include
DLL_API int add(int a, int b)
{
return a + b;
}
Point::Point()
{
x = 0.0f;
y = 0.0f;
}
void Point::SetPoint(float x, float y)
{
this->x = x;
this->y = y;
}
void Point::Display()
{
cout << "x= " << x << endl;
cout << "y= " << y << endl;
}
3、生成==>生成解决方案
在MakeDll项目所在目录下的Debug目录下的文件有MakeDll.dll和MakeDll.lib了
4、新建项目==>win32控制台应用程序,项目名称:UsingDll,确定==>下一步,勾上空项目;第一个项目中生成的MakeDll.dll和MakeDll.lib复制到 UsingDll\UsingDll目录下将项目MakeDll中的MakeDll.h头文件也复制到本项目中,最好复制到 UsingDll \UsingDll目录中然后同样的,右击项目==>属性,如同上面一样把MakeDll.h所在目录包含一下;
5、新建一个UsingDll.cpp;
#include
#define DLL_API __declspec(dllimport)
#pragma comment(lib,"MakeDll.lib")
int main()
{
Point p1, p2;
p2.SetPoint(5.6f, 7.8f);
p1.Display();
p2.Display();
cout << "5+6 = " << add(5, 6) << endl;
return 0;
}
6、运行成功;
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在vs2013中如何添加c/c++工程中外部头文件及库的基本步骤:
1、添加工程的头文件目录:工程---属性---配置属性---c/c++---常规---附加包含目录:加上头文件存放目录。
2、添加文件引用的lib静态库路径:工程---属性---配置属性---链接器---常规---附加库目录:加上lib文件存放目录。
然后添加工程引用的lib文件名:工程---属性---配置属性---链接器---输入---附加依赖项:加上lib文件名。
3、添加工程引用的dll动态库:把引用的dll放到工程的可执行文件所在的目录下。
无法打开文件“MakeDll.lib"
解决:
#pragma comment(lib,"MakeDll.lib")
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下面看一段关于静态库和动态库插曲:
库是写好的现有的,成熟的,可以复用的代码。现实中每个程序都要依赖很多基础的底层库,不可能每个人的代码都从零开始,因此库的存在意义非同寻常。
本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式,可以被操作系统载入内存执行。库有两种:静态库(.a、.lib)和动态库(.so、.dll)。
所谓静态、动态是指链接。回顾一下,将一个程序编译成可执行程序的步骤:
图:编译过程
之所以成为【静态库】,是因为在链接阶段,会将汇编生成的目标文件.o与引用到的库一起链接打包到可执行文件中。因此对应的链接方式称为静态链接。
试想一下,静态库与汇编生成的目标文件一起链接为可执行文件,那么静态库必定跟.o文件格式相似。其实一个静态库可以简单看成是一组目标文件(.o/.obj文件)的集合,即很多目标文件经过压缩打包后形成的一个文件。静态库特点总结:
l 静态库对函数库的链接是放在编译时期完成的。
l 程序在运行时与函数库再无瓜葛,移植方便。
l 浪费空间和资源,因为所有相关的目标文件与牵涉到的函数库被链接合成一个可执行文件。
下面编写一些简单的四则运算C++类,将其编译成静态库给他人用,头文件如下所示:
StaticMath.h头文件 |
#pragma once class StaticMath { public: StaticMath(void); ~StaticMath(void);
static double add(double a, double b);//加法 static double sub(double a, double b);//减法 static double mul(double a, double b);//乘法 static double div(double a, double b);//除法
void print(); }; |
Linux下使用ar工具、Windows下vs使用lib.exe,将目标文件压缩到一起,并且对其进行编号和索引,以便于查找和检索。一般创建静态库的步骤如图所示:
图:创建静态库过程
linux静态库命名规范,必须是"lib[your_library_name].a":lib为前缀,中间是静态库名,扩展名为.a。
通过上面的流程可以知道,Linux创建静态库过程如下:
l 首先,将代码文件编译成目标文件.o(StaticMath.o)
g++ -c StaticMath.cpp |
注意带参数-c,否则直接编译为可执行文件
l 然后,通过ar工具将目标文件打包成.a静态库文件
ar -crv libstaticmath.a StaticMath.o |
生成静态库libstaticmath.a。
大一点的项目会编写makefile文件(CMake等等工程管理工具)来生成静态库,输入多个命令太麻烦了。
编写使用上面创建的静态库的测试代码:
测试代码: |
#include "StaticMath.h" #include using namespace std;
int main(int argc, char* argv[]) { double a = 10; double b = 2;
cout << "a + b = " << StaticMath::add(a, b) << endl; cout << "a - b = " << StaticMath::sub(a, b) << endl; cout << "a * b = " << StaticMath::mul(a, b) << endl; cout << "a / b = " << StaticMath::div(a, b) << endl;
StaticMath sm; sm.print();
system("pause"); return 0; } |
Linux下使用静态库,只需要在编译的时候,指定静态库的搜索路径(-L选项)、指定静态库名(不需要lib前缀和.a后缀,-l选项)。
# g++ TestStaticLibrary.cpp -L../StaticLibrary -lstaticmath
l -L:表示要连接的库所在目录
l -l:指定链接时需要的动态库,编译器查找动态连接库时有隐含的命名规则,即在给出的名字前面加上lib,后面加上.a或.so来确定库的名称。
如果是使用VS命令行生成静态库,也是分两个步骤来生成程序:
l 首先,通过使用带编译器选项 /c 的 Cl.exe 编译代码 (cl /c StaticMath.cpp),创建名为“StaticMath.obj”的目标文件。
l 然后,使用库管理器 Lib.exe 链接代码 (lib StaticMath.obj),创建静态库StaticMath.lib。
当然,我们一般不这么用,使用VS工程设置更方便。创建win32控制台程序时,勾选静态库类型;打开工程“属性面板”è”配置属性”è”常规”,配置类型选择静态库。
图:vs静态库项目属性设置
Build项目即可生成静态库。
测试代码Linux下面的一样。有3种使用方法:
在VS中使用静态库方法:
l 工程“属性面板”è“通用属性”è “框架和引用”è”添加引用”,将显示“添加引用”对话框。 “项目”选项卡列出了当前解决方案中的各个项目以及可以引用的所有库。 在“项目”选项卡中,选择 StaticLibrary。 单击“确定”。
l 添加StaticMath.h 头文件目录,必须修改包含目录路径。打开工程“属性面板”è”配置属性”è “C/C++”è” 常规”,在“附加包含目录”属性值中,键入StaticMath.h 头文件所在目录的路径或浏览至该目录。
编译运行OK。
图:静态库测试结果(vs)
如果引用的静态库不是在同一解决方案下的子工程,而是使用第三方提供的静态库lib和头文件,上面的方法设置不了。还有2中方法设置都可行。
打开工程“属性面板”è”配置属性”è “链接器”è”命令行”,输入静态库的完整路径即可。
l “属性面板”è”配置属性”è “链接器”è”常规”,附加依赖库目录中输入,静态库所在目录;
l “属性面板”è”配置属性”è “链接器”è”输入”,附加依赖库中输入静态库名StaticLibrary.lib。
通过上面的介绍发现静态库,容易使用和理解,也达到了代码复用的目的,那为什么还需要动态库呢?
为什么需要动态库,其实也是静态库的特点导致。
l 空间浪费是静态库的一个问题。
l 另一个问题是静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。如果静态库liba.lib更新了,所以使用它的应用程序都需要重新编译、发布给用户(对于玩家来说,可能是一个很小的改动,却导致整个程序重新下载,全量更新)。
动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中,而是在程序运行是才被载入。不同的应用程序如果调用相同的库,那么在内存里只需要有一份该共享库的实例,规避了空间浪费问题。动态库在程序运行是才被载入,也解决了静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。用户只需要更新动态库即可,增量更新。
动态库特点总结:
l 动态库把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期。
l 可以实现进程之间的资源共享。(因此动态库也称为共享库)
l 将一些程序升级变得简单。
l 甚至可以真正做到链接载入完全由程序员在程序代码中控制(显示调用)。
Window与Linux执行文件格式不同,在创建动态库的时候有一些差异。
l 在Windows系统下的执行文件格式是PE格式,动态库需要一个DllMain函数做出初始化的入口,通常在导出函数的声明时需要有_declspec(dllexport)关键字。
l Linux下gcc编译的执行文件默认是ELF格式,不需要初始化入口,亦不需要函数做特别的声明,编写比较方便。
与创建静态库不同的是,不需要打包工具(ar、lib.exe),直接使用编译器即可创建动态库。
动态链接库的名字形式为 libxxx.so,前缀是lib,后缀名为“.so”。
l 针对于实际库文件,每个共享库都有个特殊的名字“soname”。在程序启动后,程序通过这个名字来告诉动态加载器该载入哪个共享库。
l 在文件系统中,soname仅是一个链接到实际动态库的链接。对于动态库而言,每个库实际上都有另一个名字给编译器来用。它是一个指向实际库镜像文件的链接文件(lib+soname+.so)。
编写四则运算动态库代码:
DynamicMath.h头文件 |
#pragma once class DynamicMath { public: DynamicMath(void); ~DynamicMath(void);
static double add(double a, double b);//¼Ó·¨ static double sub(double a, double b);//¼õ·¨ static double mul(double a, double b);//³Ë·¨ static double div(double a, double b);//³ý·¨ void print(); }; |
l 首先,生成目标文件,此时要加编译器选项-fpic
g++ -fPIC -c DynamicMath.cpp |
-fPIC 创建与地址无关的编译程序(pic,position independent code),是为了能够在多个应用程序间共享。
l 然后,生成动态库,此时要加链接器选项-shared
g++ -shared -o libdynmath.so DynamicMath.o |
-shared指定生成动态链接库。
其实上面两个步骤可以合并为一个命令:
g++ -fPIC -shared -o libdynmath.so DynamicMath.cpp |
编写使用动态库的测试代码:
测试代码: |
#include "../DynamicLibrary/DynamicMath.h"
#include using namespace std;
int main(int argc, char* argv[]) { double a = 10; double b = 2;
cout << "a + b = " << DynamicMath::add(a, b) << endl; cout << "a - b = " << DynamicMath::sub(a, b) << endl; cout << "a * b = " << DynamicMath::mul(a, b) << endl; cout << "a / b = " << DynamicMath::div(a, b) << endl;
DynamicMath dyn; dyn.print(); return 0; } |
引用动态库编译成可执行文件(跟静态库方式一样):
g++ TestDynamicLibrary.cpp -L../DynamicLibrary -ldynmath |
然后运行:./a.out,发现竟然报错了!!!
可能大家会猜测,是因为动态库跟测试程序不是一个目录,那我们验证下是否如此:
发现还是报错!!!那么,在执行的时候是如何定位共享库文件的呢?
1) 当系统加载可执行代码时候,能够知道其所依赖的库的名字,但是还需要知道绝对路径。此时就需要系统动态载入器(dynamic linker/loader)。
2) 对于elf格式的可执行程序,是由ld-linux.so*来完成的,它先后搜索elf文件的 DT_RPATH段—环境变量LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache文件列表—/lib/,/usr/lib 目录找到库文件后将其载入内存。
如何让系统能够找到它:
l 如果安装在/lib或者/usr/lib下,那么ld默认能够找到,无需其他操作。
l 如果安装在其他目录,需要将其添加到/etc/ld.so.cache文件中,步骤如下:
n 编辑/etc/ld.so.conf文件,加入库文件所在目录的路径
n 运行ldconfig ,该命令会重建/etc/ld.so.cache文件
我们将创建的动态库复制到/usr/lib下面,然后运行测试程序。
与Linux相比,在Windows系统下创建动态库要稍微麻烦一些。首先,需要一个DllMain函数做出初始化的入口(创建win32控制台程序时,勾选DLL类型会自动生成这个文件):
dllmain.cpp入口文件 |
// dllmain.cpp : Defines the entry point for the DLL application. #include "stdafx.h"
BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ) { switch (ul_reason_for_call) { case DLL_PROCESS_ATTACH: case DLL_THREAD_ATTACH: case DLL_THREAD_DETACH: case DLL_PROCESS_DETACH: break; } return TRUE; } |
通常在导出函数的声明时需要有_declspec(dllexport)关键字:
DynamicMath.h头文件 |
#pragma once class DynamicMath { public: __declspec(dllexport) DynamicMath(void); __declspec(dllexport) ~DynamicMath(void);
static __declspec(dllexport) double add(double a, double b);//加法 static __declspec(dllexport) double sub(double a, double b);//减法 static __declspec(dllexport) double mul(double a, double b);//乘法 static __declspec(dllexport) double div(double a, double b);//除法
__declspec(dllexport) void print(); }; |
生成动态库需要设置工程属性,打开工程“属性面板”è”配置属性”è”常规”,配置类型选择动态库。
图:v动态库项目属性设置
Build项目即可生成动态库。
创建win32控制台测试程序:
TestDynamicLibrary.cpp测试程序 |
#include "stdafx.h" #include "DynamicMath.h"
#include using namespace std;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { double a = 10; double b = 2;
cout << "a + b = " << DynamicMath::add(a, b) << endl; cout << "a - b = " << DynamicMath::sub(a, b) << endl; cout << "a * b = " << DynamicMath::mul(a, b) << endl; cout << "a / b = " << DynamicMath::div(a, b) << endl;
DynamicMath dyn; dyn.print();
system("pause"); return 0; } |
l 工程“属性面板”è“通用属性”è “框架和引用”è”添加引用”,将显示“添加引用”对话框。“项目”选项卡列出了当前解决方案中的各个项目以及可以引用的所有库。 在“项目”选项卡中,选择 DynamicLibrary。 单击“确定”。
l 添加DynamicMath.h 头文件目录,必须修改包含目录路径。打开工程“属性面板”è”配置属性”è “C/C++”è” 常规”,在“附加包含目录”属性值中,键入DynamicMath.h 头文件所在目录的路径或浏览至该目录。
编译运行OK。
图:动态库测试结果(vs)
l “属性面板”è”配置属性”è “链接器”è”常规”,附加依赖库目录中输入,动态库所在目录;
l “属性面板”è”配置属性”è “链接器”è”输入”,附加依赖库中输入动态库编译出来的DynamicLibrary.lib。
这里可能大家有个疑问,动态库怎么还有一个DynamicLibrary.lib文件?即无论是静态链接库还是动态链接库,最后都有lib文件,那么两者区别是什么呢?其实,两个是完全不一样的东西。
StaticLibrary.lib的大小为190KB,DynamicLibrary.lib的大小为3KB,静态库对应的lib文件叫静态库,动态库对应的lib文件叫【导入库】。实际上静态库本身就包含了实际执行代码、符号表等等,而对于导入库而言,其实际的执行代码位于动态库中,导入库只包含了地址符号表等,确保程序找到对应函数的一些基本地址信息。
上面介绍的动态库使用方法和静态库类似属于隐式调用,编译的时候指定相应的库和查找路径。其实,动态库还可以显式调用。【在C语言中】,显示调用一个动态库轻而易举!
#include
l void * dlopen( const char * pathname, int mode ):函数以指定模式打开指定的动态连接库文件,并返回一个句柄给调用进程。
l void* dlsym(void* handle,const char* symbol):dlsym根据动态链接库操作句柄(pHandle)与符号(symbol),返回符号对应的地址。使用这个函数不但可以获取函数地址,也可以获取变量地址。
l int dlclose (void *handle):dlclose用于关闭指定句柄的动态链接库,只有当此动态链接库的使用计数为0时,才会真正被系统卸载。
l const char *dlerror(void):当动态链接库操作函数执行失败时,dlerror可以返回出错信息,返回值为NULL时表示操作函数执行成功。
应用程序必须进行函数调用以在运行时显式加载 DLL。为显式链接到 DLL,应用程序必须:
l 调用 LoadLibrary(或相似的函数)以加载 DLL 和获取模块句柄。
l 调用 GetProcAddress,以获取指向应用程序要调用的每个导出函数的函数指针。由于应用程序是通过指针调用DLL 的函数,编译器不生成外部引用,故无需与导入库链接。
l 使用完 DLL 后调用 FreeLibrary。
对C++来说,情况稍微复杂。显式加载一个C++动态库的困难一部分是因为C++的name mangling;另一部分是因为没有提供一个合适的API来装载类,在C++中,您可能要用到库中的一个类,而这需要创建该类的一个实例,这不容易做到。
name mangling可以通过extern "C"解决。C++有个特定的关键字用来声明采用C binding的函数:extern "C" 。用 extern "C"声明的函数将使用函数名作符号名,就像C函数一样。因此,只有非成员函数才能被声明为extern "C",并且不能被重载。尽管限制多多,extern "C"函数还是非常有用,因为它们可以象C函数一样被dlopen动态加载。冠以extern "C"限定符后,并不意味着函数中无法使用C++代码了,相反,它仍然是一个完全的C++函数,可以使用任何C++特性和各种类型的参数。
另外如何从C++动态库中获取类,附上几篇相关文章,但我并不建议这么做:
l 《LoadLibrary调用DLL中的Class》:http://www.cppblog.com/codejie/archive/2009/09/24/97141.html
l 《C++ dlopen mini HOWTO》:http://blog.csdn.net/denny_233/article/details/7255673
“显式”使用C++动态库中的Class是非常繁琐和危险的事情,因此能用“隐式”就不要用“显式”,能静态就不要用动态。
l -shared :指定生成动态链接库。
l -static :指定生成静态链接库。
l -fPIC :表示编译为位置独立的代码,用于编译共享库。目标文件需要创建成位置无关码, 念上就是在可执行程序装载它们的时候,它们可以放在可执行程序的内存里的任何地方。
l -L. :表示要连接的库所在的目录。
l -l:指定链接时需要的动态库。编译器查找动态连接库时有隐含的命名规则,即在给出的名字前面加上lib,后面加上.a/.so来确定库的名称。
l -Wall :生成所有警告信息。
l -ggdb :此选项将尽可能的生成gdb 的可以使用的调试信息。
l -g :编译器在编译的时候产生调试信息。
l -c :只激活预处理、编译和汇编,也就是把程序做成目标文件(.o文件) 。
l -Wl,options :把参数(options)传递给链接器ld 。如果options 中间有逗号,就将options分成多个选项,然后传递给链接程序。
有时候可能需要查看一个库中到底有哪些函数,nm命令可以打印出库中的涉及到的所有符号。库既可以是静态的也可以是动态的。nm列出的符号有很多,常见的有三种:
l 一种是在库中被调用,但并没有在库中定义(表明需要其他库支持),用U表示;
l 一种是库中定义的函数,用T表示,这是最常见的;
l 一种是所谓的弱态”符号,它们虽然在库中被定义,但是可能被其他库中的同名符号覆盖,用W表示。
$nm libhello.h
ldd命令可以查看一个可执行程序依赖的共享库,例如我们编写的四则运算动态库依赖下面这些库:
二者的不同点在于代码被载入的时刻不同。
l 静态库在程序编译时会被连接到目标代码中,程序运行时将不再需要该静态库,因此体积较大。
l 动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中,而是在程序运行是才被载入,因此在程序运行时还需要动态库存在,因此代码体积较小。
动态库的好处是,不同的应用程序如果调用相同的库,那么在内存里只需要有一份该共享库的实例。带来好处的同时,也会有问题!如经典的DLL Hell问题,关于如何规避动态库管理问题,可以自行查找相关资料。