dll演绎详解

原文地址: https://blog.csdn.net/qianchenglenger/article/details/21599235

动态链接库是Windows的基石。所有的Win32 API函数都包含在DLL中。3个最重要的DLL是KERNEL32.DLL，它由管理内存、进程和线程的函数组成；USER32.DLL，它由执行用户界面的任务（如创建窗口和发送消息）的函数组成；GDI32.DLL，它由绘图和显示文本的函数组成。在此，我们主要用实际的操作过程，简要的说明如何创建自己的 Win32 DLL。

创建DLL工程

这里，我们为了简要说明DLL的原理，我们决定使用最简单的编译环境VC6.0，如下图，我们先建立一个新的Win32 Dynamic-Link Library工程，名称为“MyDLL”，在Visual Studio中，你也可以通过建立Win32控制台程序，然后在“应用程序类型”中选择“DLL”选项，

1.jpg

点击确定，选择“一个空的DLL工程”，确定，完成即可。

一个简单的dll

在第一步我们建立的工程中建立一个源码文件”dllmain.cpp“，在“dllmain.cpp”中，键入如下代码

#include 
#include 
 
BOOL APIENTRY DllMain(HMODULE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved)
{
    switch (ul_reason_for_call)
    {
    case DLL_PROCESS_ATTACH:
        printf("DLL_PROCESS_ATTACH\n");
        break;
    case DLL_THREAD_ATTACH:
        printf("DLL_THREAD_ATTACH\n");
        break;
    case DLL_THREAD_DETACH:
        printf("DLL_THREAD_DETACH\n");
        break;
    case DLL_PROCESS_DETACH:
        printf("DLL_PROCESS_DETACH\n");
        break;
    }
    return TRUE;
}

之后，我们直接编译，即可以在Debug文件夹下，找到我们生成的dll文件，“MyDLL.dll”，注意，代码里面的printf语句，并不是必须的，只是我们用于测试程序时使用。而DllMain函数，是dll的进入/退出函数。

实际上，让线程调用DLL的方式有两种，分别是隐式链接和显式链接，其目的均是将DLL的文件映像映射进线程的进程的地址空间。我们这里只大概提一下，不做深入研究，如果感兴趣，可以去看《Window高级编程指南》的第12章内容。

隐式链接调用

隐士地链接是将DLL的文件影响映射到进程的地址空间中最常用的方法。当链接一个应用程序时，必须制定要链接的一组LIB文件。每个LIB文件中包含了DLL文件允许应用程序（或另一个DLL）调用的函数的列表。当链接器看到应用程序调用了某个DLL的LIB文件中给出的函数时，它就在生成的EXE文件映像中加入了信息，指出了包含函数的DLL文件的名称。当操作系统加载EXE文件时，系统查看EXE文件映像的内容来看要装入哪些DLL，而后试图将需要的DLL文件映像映射到进程的地址空间中。当寻找DLL时，系统在系列位置查找文件映像。
1.包含EXE映像文件的目录
2.进程的当前目录
3.Windows系统的目录
4.Windows目录
5.列在PATH环境变量中的目录
这种方法，一般都是在程序链接时控制，反映在链接器的配置上，网上大多数讲的各种库的配置，比如OPENGL或者OPENCV等，都是用的这种方法

显式链接调用

这里我们只提到两种函数，一种是加载函数

HINSTANCE LoadLibrary(LPCTSTR lpszLibFile);
 
HINSTANCE LoadLibraryEx(LPCSTR lpszLibFile,HANDLE hFile,DWORD dwFlags);

返回值HINSTANCE值指出了文件映像映射的虚拟内存地址。如果DLL不能被映进程的地址空间，函数就返回NULL。你可以使用类似于

LoadLibrary("MyDLL")

或者

LoadLibrary("MyDLL.dll")

的方式进行调用，不带后缀和带后缀在搜索策略上有区别，这里不再详解。

显式释放DLL

在显式加载DLL后，在任意时刻可以调用FreeLibrary函数来显式地从进程的地址空间中解除该文件的映像。

BOOL FreeLibrary(HINSTANCE hinstDll);

这里，在同一个进程中调用同一个DLL时，实际上还牵涉到一个计数的问题。这里也不在详解。

线程可以调用GetModuleHandle函数：

GetModuleHandle(LPCTSTR lpszModuleName)；

来判断一个DLL是否被映射进进程的地址空间。例如，下面的代码判断MyDLL.dll是否已被映射到进程的地址空间，如果没有，则装入它：

HINSTANCE hinstDll;
hinstDll = GetModuleHandle("MyDLL");
if (hinstDll == NULL){
    hinstDll = LoadLibrary("MyDLL");
}

实际上，还有一些函数，比如 GetModuleFileName用来获取DLL的全路径名称，FreeLibraryAndExitThread来减少DLL的使用计数并退出线程。具体内容还是参见《Window高级编程指南》的第12章内容，此文中不适合讲太多的内容以至于读者不能一下子接受。

DLL的进入与退出函数

说到这里，实际上只是讲了几个常用的函数，这一个小节才是重点。

在上面，我们看到的MyDLL的例子中，有一个DllMain函数，这就是所谓的进入/退出函数。系统在不同的时候调用此函数。这些调用主要提供信息，常常被DLL用来执行进程级或线程级的初始化和清理工作。如果你的DLL不需要这些通知，就不必再你的DLL源代码中实现此函数，例如，如果你创建的DLL只含有资源，就不必实现该函数。但如果有，则必须像我们上面的格式。

DllMain函数中的ul_reason_for_call参数指出了为什么调用该函数。该参数有4个可能值： DLL_PROCESS_ATTACH、DLL_THREAD_ATTACH、DLL_THREAD_DETACH、DLL_PROCESS_DETACH。

其中，DLL_PROCESS_ATTACH是在一个DLL首次被映射到进程的地址空间时，系统调用它的DllMain函数，传递的ul_reason_for_call参数为DLL_PROCESS_ATTACH。这只有在首次映射时发生。如果一个线程后来为已经映射进来的DLL调用LoadLibrary或LoadLibraryEx，操作系统只会增加DLL的计数，它不会再用DLL_PROCESS_ATTACH调用DLL的DllMain函数。

而DLL_PROCESS_DETACH是在DLL被从进程的地址空间解除映射时，系统调用它的DllMain函数，传递的ul_reason_for_call值为DLL_PROCESS_DETACH。我们需要注意的是，当用DLL_PROCESS_ATTACH调用DLL的DllMain函数时，如果返回FALSE,说明初始化不成功，系统仍会用DLL_PROCESS_DETACH调用DLL的DllMain。因此，必须确保没有清理那些没有成功初始化的东西。

DLL_THREAD_ATTACH：当进程中创建一个线程时，系统察看当前映射到进程的地址空间中的所有DLL文件映像，并用值DLL_THREAD_ATTACH调用所有的这些DLL的DllMain函数。该通知告诉所有的DLL去执行线程级的初始化。注意，当映射一个新的DLL时，进程中已有的几个线程在运行，系统不会为已经运行的线程用值DLL_THREAD_ATTACH调用DLL的DllMain函数。

而DLL_THREAD_DETACH，如果线程调用ExitThread来终结（如果让线程函数返回而不是调用ExitThread，系统会自动调用ExitThread），系统察看当前映射到进程空间的所有DLL文件映像，并用值DLL_THREAD_DETACH来调用所有的DLL的DllMain函数。该通知告诉所有的DLL去执行线程级的清理工作。

这里，我们需要注意的是，如果线程的终结是因为系统中的一个线程调用了TerminateThread，系统就不会再使用DLL_THREAD_DETACH来调用DLL和DllMain函数。这与TerminateProcess一样，不再万不得已时，不要使用。

下面，我们贴出《Window高级编程指南》中的两个图来说明上述四种参数的调用情况。

1.jpg

好的，介绍了以上的情况，下面，我们来继续实践，这次，建立一个新的空的win32控制台工程TestDLL，不再多说，代码如下：

#include 
#include 
using namespace std;
 
DWORD WINAPI someFunction(LPVOID lpParam)
{
    cout << "enter someFunction!" << endl;
    Sleep(1000);
    cout << "This is someFunction!" << endl;
    Sleep(1000);
    cout << "exit someFunction!" << endl;
    return 0;
}
 
int main()
{
    HINSTANCE hinstance = LoadLibrary("MyDLL");
    if(hinstance!=NULL)
    {
        cout << "Load successfully!" << endl;
    }else {
        cout << "Load failed" << endl;
    }
    HANDLE hThread;
    DWORD dwThreadId;
    
    cout << "createThread before " << endl;
    hThread = CreateThread(NULL,0,someFunction,NULL,0,&dwThreadId);
    cout << "createThread after " << endl;
    cout << endl;
    
    Sleep(3000);
 
    cout << "waitForSingleObject before " << endl;
    WaitForSingleObject(hThread,INFINITE);
    cout << "WaitForSingleObject after " << endl;
    cout << endl;
 
    FreeLibrary(hinstance);
    return 0;
}

代码很好理解，但是前提是，你必须对线程有一定的概念。另外，注意，我们上面编译的获得的“MyDLL.dll"必须拷贝到能够让我们这个工程找到的地方，也就是上面我们提到的搜索路径中的一个地方。

这里，我们先贴结果，当然，这只是在我机器上其中某次运行结果。

2.jpg

有了上面我们介绍的知识，这个就不是很难理解，主进程在调用LoadLibrary时，用DLL_PROCESS_ATTACH调用了DllMain函数，而线程创建时，用DLL_THREAD_ATTACH调用了DllMain函数，而由于主线程和子线程并行的原因，可能输出的时候会有打断。但是，这样反而能让我们更清楚的理解程序。

DllMain与C运行库

”在前面对DllMain函数的讨论中，我假设读者使用Microsoft的Visual C++编译器来建立自己的动态链接库。当编写DLL时，可能会需要一些C运行库的启动帮助。比方说，你建立的DLL中包含一个全局变量，它是一个C++类的实例。在DLL能使用该全局变量之前，必须调用了它的构造函数——这就是C运行时库的DLL启动代码的工作。“

上面一段话也就是告诉我们，实际上，当DLL文件被映射到进程的地址空间中时，系统实际上调用的并不直接是DllMain函数，而是另外一个函数，需要先完成一些初始化工作，实际上，这个函数便是_DllMainCRTStartup函数。该函数初始化了C运行时库，并确保当它接收到DLL_PROCESS_ATTACH通知时，所有的全局或静态C++对象都被创建了。为了解释这点，我们准备对以上的MyDLL.dll代码进行一些修改，如下，其中增加了一个类A，以及定义了一个全局变量a。

#include 
#include 
 
class A{
public:
    A(){
        printf("A construct...");
    }
    ~A(){
        printf("A deconstruct...");
    }
};
 
A a;
 
BOOL APIENTRY DllMain(HMODULE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved)
{
    switch (ul_reason_for_call)
    {
    case DLL_PROCESS_ATTACH:
        printf("DLL_PROCESS_ATTACH\n"); 
        break;
    case DLL_THREAD_ATTACH:
        printf("DLL_THREAD_ATTACH\n");
        break;
    case DLL_THREAD_DETACH:
        printf("DLL_THREAD_DETACH\n");
        break;
    case DLL_PROCESS_DETACH:
        printf("DLL_PROCESS_DETACH\n");
        break;
    }
    return TRUE;
}

编译为DLL后，替换掉原来的的MyDLL.dll，可以直接运行TestDLL.exe，可以看到，在DLL_PROCESS_ATTACH调用了类A的构造函数，而在DLL_PROCESS_DETACH之后，调用了类A 的析构函数。

3.jpg

在经过以上的证实之后，实际上，我们也可以理解为什么我们之前说不必在DLL的源代码中实现一个DllMain函数，因为如果你没有DllMain函数，C运行库有它自己的一个DllMain函数。链接器链接DLL时，如果它在DLL的OBJ文件中找不到一个DllMain函数，就会链接C运行时的DllMain函数的实现。

从DLL中输出函数和变量

当创建一个DLL时，实际上创建了一组能让EXE或其他DLL调用的一组函数。当一个DLL函数能被EXE或另一个DLL文件使用时，它被称为输出了(exported)。

这里，我们只说一种方法，即用_declspec(dllexport) 的方法。当然，也可以用def文件，但是，我们最常用的还是 _declspec(dllexport)的方法。什么是输出函数与输出变量。简单的来说，你开发一个dll之后，一般都是想让别的程序员开发的应用程序或dll调用，而输出变量就是为了完成这件事情的。想一想你在开发windows应用程序时调用的各种api，实际上，大部分也都是在dll中封起来的函数。废话不多少，上代码，我们还用以上的两个工程，MyDLL工程和TestDLL工程，但是这次，大幅度修改了代码，我们删去了DllMain函数，增加了一个函数，和一个全局整形变量，同时也修改了类A，这次，我们准备先来点正常。

其中MyDLL工程中的代码（注意，这里代码没有按照头文件与源代码的分离，仅仅为了更好理解知识，在工程项目中请勿模仿）

#include 
#include 
extern "C"{
class _declspec(dllexport) A{
public:
    A(){
        printf("A construct...\n");
    }
    const char * whoIsMe()
    {
        return "My name is A";
    }
    ~A(){
        printf("A deconstruct...\n");
    }
};
 
_declspec(dllexport) A a;
 
_declspec(dllexport) int Add(int x,int y)
{
    return x+y;
}
 
_declspec(dllexport) int g_nUsageCount = 3195;
}

这里需要注意的是 _declspec(dllexport) ，代表了dll导出的意思，编译组建一下，你会发现，这次，我们得到的不在单单是一个dll文件，还有MyDLL.lib和MyDLL.exp文件，其中，这些文件的意思，请参见此文 .dll,.lib,.def 和 .exp文件

之后，我们这里决定先用上面提到的隐式链接的方法进行调用。我们需要先配置一下我们的TestDLL工程，配置方法如下，选择“工程”->“设置”弹出一下窗口，选择“链接”标签页，然后按照我们下面圈红的部分，添加上“MyDLL.lib”文件以及相应的附加库路径（及lib所在的位置），这里我们为了方便起见，把MyDLL工程的Debug文件夹下生成的dll与lib均拷贝到了TestDLL的Debug文件夹下。

4.jpg

之后，修改TestDLL工程的源代码如下，（这里，我们再次声明，我们没有用头文件的方式，非常不建议这样用。）

#include 
#include 
extern "C"{
    _declspec(dllimport) int Add(int x,int y);
    _declspec(dllimport) int g_nUsageCount;
    class _declspec(dllimport) A{
    public:
            A();
            const char * whoIsMe();
            ~A();
    };
    _declspec(dllimport) A a;
}
int main()
{
    printf("%d\n",Add(5,3) );
    printf("%d\n",g_nUsageCount);
    printf("%s\n",a.whoIsMe());
    printf("-----------------------------\n");
    A b;
    printf("%s\n",b.whoIsMe());
    return 0;
}

这里，注意的是，在导出的位置，我们用的是_declspec(dllexport) ，而在这里导入的时候，我们声明的时候，用的是 _declspec(dllimport) ，这个例子当中，我们分别导出了变量，函数，类。读者仅仅需要注意的是导入和导出关键字的使用。运行结果如下：

5.jpg

另外，大家可能对为什么要用 extern "C"括起来表示好奇，这里可以先推后考虑，我们在说到如何显式加载该文件时会提到。

这里，建议大家一下，如果将类A声明部分的构造函数删除，即改为

class _declspec(dllimport) A{
public:
        const char * whoIsMe();
};

想想会发生什么，不妨动手试一下，这又是为什么？如果还理解，说明你可能对动态链接库的lib文件理解不够透彻，可以再读一读我们上面说的那篇文章 .dll,.lib,.def 和 .exp文件 。
到这里，实际上我们已经大致说完动态链接库的相关内容，但是，既然我们上面提到了显式调用，那么，想过没有如果才能显式调用我们现在的这个dll文件，还有，那个extern “C”到底是什么，这里，我们还是先推荐一篇文章， extern "C"的用法解析

看了这么多，快疯了吧？ 有点儿接受不了，告诉你，笔者也写的快疯了，come on ! 动手干活，先找一个工具，dumpbin，一般在你VC或VS的安装目录的某个bin文件夹下，搜一下就出来了（笔者的VC下的dumpbin不能用，所以用VS2013下的dumpbin了，但是，应该变化不大，如果不同，还请见谅），然后再cmd中运行，如笔者一样以下的截图一样，加上 -EXPORTS 参数，如下，

6.jpg

之后，去掉extern “C”，如下，

#include 
#include 
//extern "C"{
class _declspec(dllexport) A{
public:
    A(){
        printf("A construct...\n");
    }
    const char * whoIsMe()
    {
        return "My name is A";
    }
    ~A(){
        printf("A deconstruct...\n");
    }
};
 
_declspec(dllexport) A a;
 
_declspec(dllexport) int Add(int x,int y)
{
    return x+y;
}
 
_declspec(dllexport) int g_nUsageCount = 3195;
//}

再次编译成DLL，同样使用dumpbin工具，再次运行，如下，

7.jpg

两幅图对比着看，主要看我们用红框圈出来的部分，这样，特别是一会儿我们准备调用的Add方法，很容易发现，有extern "C"的直接为“Add”,而去掉extern "C"之后，变成了“?Add@@YAHHH@Z”，后面那一场串东西，实际上就是编译器为了解决重载问题加入的东西。

这里，我们为了调用方便，我们使用带有 extern "C"的版本，TestDLL代码如下：

#include 
#include 
 
int main()
{
    HINSTANCE h = LoadLibrary("MyDLL");
    int(*pAdd)(int,int);
    pAdd = (int(__cdecl *)(int,int))(GetProcAddress(h,"Add"));
    int sum = pAdd(239,23);
    printf("sum is %d\n",sum);
    FreeLibrary(h);
    return 0;
}

之后，最后一幅图，运行效果，

8.jpg

代码中主要用到的就是 GetProcAddress函数，来获取函数指针，之后通过函数指针调用Add函数，如果感兴趣的话，可以将pAdd的值输出出来，看一下，是否和我们用dumpbin看到的相互一致。而我们用extern "C"的原因在于，如果不使用的话，我们在调用GetProcAddress函数时，填第二个参数，将会令人头疼。

好了，结束。顺便一提，此文实际上还说的比较简略，如果想深入研究，还是找本书，细细研究几遍的好。