VC++深入详解（17）：动态链接库

静态库
函数和数据被编译进一个二进制文件（.LIB）。在使用静态库下，在编译连接可执行文件时，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）。当产品发布时，只需要发布可执行文件，不需要发布使用的静态库。
它的特点在于：
1.编译后的可执行文件包含了所需要的函数的代码，占用磁盘空间较大。（但是可以避免出现用户的电脑上没有你开发时所用的库的尴尬情形。）
2.如果多个调用相同库的进程在内存中同时运行，内存中会存放多份相同的代码。
动态库
在使用动态库的时候，往往提供两个文件：引入库（.lib）文件和DLL（.dll）文件。引入文件包含DLL导出的函数和变量的符号名，而.dll包含了该DLL的实际的函数和数据。再使用动态库的情况下，在编译连接可执行文件时，只需要连接该DLL的引入库文件，而该DLL的函数代码和数据并不复制到可执行文件中，知道可执行程序运行时，才加载所需的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。此时，在发布产品时，除了发布可执行文件外，还要发布程序将要调用的动态链接库。
使用动态库的好处在于能够节省磁盘空间和内存。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，这样一台机器上只需要存在一份该DLL就可以了，从而节省了磁盘空间。如果多个程序调用同一个DLL，该DLL的页面只需要存放在内存一次，所有的应用程序都可以共享它的页面了。

首先，我们新建一个空的Win32动态链接库，为其增加两个函数：

int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

int subtract(int a, int b)
{
	return a - b;
}

当build之后，在这个工程的Debug目录下，就会有一个对应于工程明的dll文件。这个dll目前是无法使用的，因为这两个函数都没有被“导出”。我们可以利用Visual Studio提供的命令行工具Dumpbin来查看：
D:\MyPrograms\mfc\CH_19_DLL1\Debug>dumpbin -exports CH_19_DLL1.dll
Microsoft (R) COFF Binary File Dumper Version 6.00.8168
Copyright (C) Microsoft Corp 1992-1998. All rights reserved.




Dump of file CH_19_DLL1.dll


File Type: DLL


  Summary


        7000 .data
        1000 .idata
        2000 .rdata
        2000 .reloc
       2A000 .text


其中并没有与函数有关的信息。

为了让DLL导出一些函数，需要在每个要被导出的函数前面加上标示符：_declspec(dllexport)。
此时在查看，就可以看到：
  ordinal hint RVA      name


        1    0 0000100A ?add@@YAHHH@Z
        2    1 00001005 ?subtract@@YAHHH@Z


其中?add@@YAHHH@Z和?subtract@@YAHHH@Z的意思在我的另一篇博客：《完全总结__cdecl __fastcall， __stdcall，__thiscall》中详细的讨论过，这里只说明如下：
首先，编译器会给函数名前加一个?；其次，因为是__cdecl调用，所以后面加上YA；再次，H代表的是int类型，3个H分别表示的是返回值，第一个参数，第二个参数，最后以@Z结尾。


有了动态链接库以后，我们就要在程序中加载它们。有两种可选的方式：隐式链接方式加载DLL，显示加载DLL。
我们先看隐式加载。我们新建一个MFC对话框应用程序，然后给上面放两个按钮，一个用来做加法，另一个用来做减法。消息响应函数如下：

extern int add(int a, int b);
extern int subtract(int a, int b);

void CCH_19_DllTestDlg::OnBtnAdd() 
{
	// TODO: Add your control notification handler code here
	CString str;
	str.Format("5 +3 = %d",add(5,3));
	MessageBox(str);
}

void CCH_19_DllTestDlg::OnBtnSubtract() 
{
	// TODO: Add your control notification handler code here
	CString str;
	str.Format("5 - 3 = %d",subtract(5,3));
	MessageBox(str);	
}

在其中因为要调用动态链接库中的add和subtract函数，所以在这里声明为外部函数。
具体如何加载呢？
从我们的动态链接库的debug目录下，将*.lib文件复制到MFC程序所在的文件夹下，然后在工程->设置->链接中增加整个lib文件，程序就能编译链接通过了。我们可以使用Dumpbin来查看：
D:\MyPrograms\mfc\CH_19_DllTest\Debug>dumpbin -imports CH_19_D
Microsoft (R) COFF Binary File Dumper Version 6.00.8168
Copyright (C) Microsoft Corp 1992-1998. All rights reserved.




Dump of file CH_19_DllTest.exe


File Type: EXECUTABLE IMAGE


  Section contains the following imports:


    CH_19_Dll1.dll
                4052C0 Import Address Table
                40508C Import Name Table
                     0 time date stamp
                     0 Index of first forwarder reference


                   1  ?subtract@@YAHHH@Z
                   0  ?add@@YAHHH@Z
其他部分省略。
我们看到，这个可执行文件需要导入subtract和add两个函数。
此时，程序还是不能执行的，因为.exe文件并不知道从哪里获得.dll文件，此时，编译器会依次在当前可执行文件的目录（.exe所在的目录）、当前目录（.cpp所在的目录）、系统目录和环境变量目录中查找。我们可以将对应的.dll文件也拷过去。程序就能成功执行了。

除了使用Dumpbin之外，我们也可以使用vc++提供的一个可视化的工具：Depends来查看。这里就略去不提了。


除了使用extern之外，我们还可以使用__declspec(dllimport)来表明该函数是从动态链接库中加载的。即：

//extern int add(int a, int b);
//extern int subtract(int a, int b);
__declspec(dllimport) int add(int a, int b);
__declspec(dllimport) int subtract(int a, int b);

这只是一个说明性的例子，在实际中，我们通常不是这样编写程序的。因为当我们把dll交给用户以后，用户并不知道dll中拥有那些函数，只能通过前面介绍的Dumpbin和Depends等编译工具来猜测函数的原型，这是很不方便的。正确的做法是，为这个dll增加一个头文件，在头文件添加函数的声明及注释。在头文件添加：

__declspec(dllimport) int add(int a, int b);
__declspec(dllimport) int subtract(int a, int b);

注意，因为头文件是给用户使用的，所以是指明这些函数是从dll中导入的。而在我们的对话框程序中，添加：
#include "..\CH_19_Dll1\CH_19_Dll1.h"


有的时候，我们希望dll库中的函数不仅可以为客户使用，也能够让库自身调用，那么我们就要利用预编译指令来实现了，在头文件：

#ifdef DLL1_API
#else
#define DLL1_API __declspec(dllimport)
#endif
DLL1_API int add(int a, int b);
DLL1_API int subtract(int a, int b);

首先判断是否定义DLL1_API，如果定义，则什么也不做，否则就会将DLL1_API定义为__declspec(dllimport)，然后用__declspec(dllimport)代替DLL1_API
而在源文件中：

#define DLL1_API _declspec(dllexport)
#include "CH_19_Dll1.h"


int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

int subtract(int a, int b)
{
	return a - b;
}

此时这些函数就跟我们之前写的函数一样了，可以互相调用
我们仔细分析一下。在编译该dll时，源文件会定义DLL1_API，然后将头文件展开。此时因为已经定义了DLL1_API，所以直接编译函数的声明，表明这个函数是从动态链接库中导出的。
而当用户的程序调用该dll时，只要用户程序中没有定义DLL1_API，那么就会定义DLL1_API为__declspec(dllimport)。
我们下面看看如何从动态链接库中导出C++类：
在头文件中声明：

class DLL1_API Point
{
public:
	void output(int x, int y);
};

在源文件中定义：

void Point:: output(int x, int y)
{
	//获得当前窗口的句柄
	HWND hwnd = GetForegroundWindow();
	//获取DC
	HDC hdc = GetDC(hwnd);
	char buf[20];
	memset(buf,0,20);
	sprintf(buf,"x = %d, y= %d", x, y);
	TextOut(hdc,0,0,buf,strlen(buf));
	ReleaseDC(hwnd,hdc);
}

注意到，这里使用了windows函数，和输出函数，所以得包含头文件Windows.h、stdio.h。
在应用程序中，新增一个按钮来调用这个类的成员函数：

void CCH_19_DllTestDlg::OnBtnOutput() 
{
	// TODO: Add your control notification handler code here
	Point pt;
	pt.output(5,3);
}

我们可以再利用Dumpbin看看这个dll：
         1    0 00001014 ??4Point@@QAEAAV0@ABV0@@Z
         2    1 0000100A ?add@@YAHHH@Z
         3    2 0000100F ?output@Point@@QAEXHH@Z
         4    3 00001005 ?subtract@@YAHHH@Z


其中的?4Point@@QAEAAV0@ABV0@@Z是构造函数，?output@Point@@QAEXHH@Z中，@Point是表明它是Point类的函数，QAE表示它是public函数，X表示返回值类型为void，HH表示有两个int类型的参数。

其实，我们完全可以不导出整个类，而是只导出其中的若干函数：

class Point
{
public:
	void DLL1_API output(int x, int y);//导出该函数
	void test();
};

下面的问题与前面的问题紧密相关，C++编译器生成dll时，会对导出的函数名进行改编，但是不同的编译器的改变规则不完全相同，特别的，如果是一个纯C的编译器序使用这个dll，则由于改编名字的不同，dll中的函数就不能被找到了。
因此，我们希望动态链接库文件在编译时，导出函数的名称不要发生改变。我们可以使用extern "C"来实现，指定的内容用C的方式编译：

#ifdef DLL1_API
#else
#define DLL1_API extern "C"__declspec(dllimport)
#endif
DLL1_API int add(int a, int b);
DLL1_API int subtract(int a, int b);

#define DLL1_API extern "C"_declspec(dllexport)
#include "CH_19_Dll1.h"
//#include 
#include 

int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

int subtract(int a, int b)
{
	return a - b;
}

注意，由于是使用的C语言，所以就得把类相关的代码注释掉了。我们再用dumpbin看看这个dll：
   ordinal hint RVA      name


         1    0 0000100A add
         2    1 00001005 subtract
此时，名字没有发生改编。


引起名字改编的还有调用约定，在默认情况下，使用的cdecl：参数由右向左压栈，由调用者清栈；假如我们改为_stdcall：参数由右向左，由被调用的函数自己清栈，那么函数的名字又会变为：
   ordinal hint RVA      name


         1    0 00001005 _add@8
         2    1 0000100A _subtract@8


我们可以通过模块定义文件来解决不同编译器、不同语言之间的编译器将函数明修饰的不一样的问题。我们重新建立一个动态链接库，为其增加一个.cpp文件：

int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

int subtract(int a, int b)
{
	return a - b;
}

然后，我们在它的目录下增加一个记事本文件，并把后缀名改为.def，使用vc++将其打开，添加如下代码：
LIBRARY CH_19_Dll2


EXPORTS
add
subtract


其中第一行是动态链接库的名称，EXPORTS语句表明的是将要导出的函数的名字，关于它的详细用法，可以参考MSDN。此时，导出函数的名称就统一了。


说了这么多，都是隐式加载的。我们现在看看如何显式加载，先看程序：

void CCH_19_DllTestDlg::OnBtnAdd() 
{
	// TODO: Add your control notification handler code here
	HINSTANCE hInst;
	//加载动态链接库
	hInst = LoadLibrary("CH_19_Dll2.dll");
	typedef int(*ADDPROC)(int a, int b);
	//获取函数地址
	ADDPROC Add = (ADDPROC)GetProcAddress(hInst,"add");
	if(!Add)
	{
		MessageBox("获取函数地址失败");
		return ;
	}
	CString str;
	str.Format("5 +3 = %d",Add(5,3));
	MessageBox(str);
}

注意，其中GetProcAddress的第二个参数，函数名通过.def指定。
我们看到，隐式加载实现起来更为简单，加载好以后就可以直接使用；而显示加载更为灵活，可以在需要时才加载dll。但是他的麻烦之处就在于一旦编译器生成的新的函数名发生变化，那么就得修改。比如，如果dll中的函数调用方式改为stdcall，那么这里的函数指针也得改为stdcall。而且如果dll并没有使用.def来指定导出的名字，那么这里就得使用编译器修改后的名字：?add@@YAHHH@Z，或者使用访问序号：

	ADDPROC Add = (ADDPROC)GetProcAddress(hInst,MAKEINTRESOURCE(1));

这个访问序号也可以通过dumpbin获得
  ordinal hint RVA      name


        1    0 00001005 ?add@@YAHHH@Z


当然，在实际应用中，建议还是使用名字比较好，毕竟有意义的名字好于序号。


其实，在windows加载dll时需要一个入口函数，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。这个函数称为DllMain，声明如下：
BOOL WINAPI DllMain(  HINSTANCE hinstDLL, DWORD fdwReason, LPVOID lpvReserved  );
其中第二个参数是调用的原因，可以使用一个switch/case语句来对于每种情况分别处理。这个函数是一个可选的函数，由于我们的dll只完成一些简单的功能，所以没有使用。需要注意的是，在这个函数中不要进行太复杂的的调用。因为此时一些核心动态库，比如user32.dll或者GDI32.dll等还没有加载，如果我们的编写的DllMain函数需要调用这两个库的某些函数的话，则会出错。