dll、com 二进制模块封装内幕

http://www.diybl.com/course/3_program/c++/cppjs/200833/102641.html
DLL动态链接库是程序复用的重要方式，DLL可以导出函数，使函数被多个程序复用，DLL中的函数实现可以被修改而无需重新编译和连接使用该DLL的应用程序。作为一名面向对象的程序员，希望DLL可以导出类，以便在类的层次上实现复用。所幸的是，DLL确实也可以导出类。

然而事实却没这么简单，导出类的DLL在维护和修改时有很多地方必需很小心，增加成员变量、修改导出类的基类等操作都可能导致意想不到的后果，也许用户更新了最新版本的DLL库后，应用程序就再也不能工作了。这就是著名的DLL Hell（DLL地狱）问题。

DLL地狱问题是怎么产生的呢？看下面的例子，假设DLL有一个导出类ClassD1：
class ClassD
{
       public:
int GetInt();
              private:
int m_i;
};
int ClassD::GetInt()
{
       return m_i;
}

应用程序使用现在的代码来使用这个类：
ClassD d;
printf(“%d”, d.GetInt());
 
程序进行正正常，没有什么问题。后来DLL需要升级，对ClassD进行了修改，增加了一个成员变量，如下：
class ClassD // 修改后
{
       public:
int GetInt();
              private:
                     int m_i2;
int m_i;
};

把新的DLL编译连接完成后，复制到应用程序目录，这个倒楣的应用程序调用GetInt方法恐怕再也无法得正确的值了。事实上它还算幸运的，如果GetInt的实现改成如下这样，那么它马上就要出错退出了。
int ClassD::GetInt() // 修改后
{
       return m_i++;
}

这样的事情，称它是个地狱（Hell）一点也不夸张。为什么会出错呢？我们要先从类实例的创建开始，看看使用一个类的工作过程。

首先，程序语句“ClassD d；”为这个类申请一块内存。这块内存保存该类的所有成员变量，以及虚函数表。内存的大小由类的声明决定，在应用程序编译时就已经确定。

然后，当调用“d.GetInt()”时，把申请的这一块内存做为this指针传给GetInt函数，GetInt函数从this指向的位置开始，加上m_i应有的偏移量，计算m_i所在的内存位置，并从该位置取数据返回。m_i相对this的偏移量是由m_i在类中定义的位置决定的，定义在前的成员变量在内存中也更靠前。这个偏移量在DLL编译时确定。

当ClassD的定义改为修改后的状态时，有些东西变了。

第一个变的是内存的大小。因为修改后的ClassD多了一个成员变量，所以内存也变大了。然而这一点应用程序并不知道。

第二个变的是m_i的偏移地址。因为在m_i之前定义了一个m_i2，m_i的实现偏移地址实际已经靠后了。所以d.GetInt()访问的将是原来m_i后面的那个位置，而这个位置已经超出原来那块内存的后部范围了。

很显然，在更换了DLL后，应用程序还按原来的大小申请了一块内存，而它调用的方法却访问了比这块内存更大的区域，出错再在所难免。

同样的情形还会发生在以下这些种情况中：

1） 应用程序直接访问类的公有变量，而该公有变量在新DLL中定义的位置发生了变化；
2） 应用程序调用类的一个虚函数，而新的类中，该虚函数的前面又增加了一个虚函数；
3） 新类的后面增加了成员变量，并且新类的成员函数将访问、修改这些变量；
4） 修改了新类的基类，基类的大小发生了变化；

等等，总言而之，一不小心，你的程序就会掉进地狱。通过对这些引起出错的情况进行分析，会发现其实只有三点变化会引起出错，因为这三点是使用这个DLL的应用程序在编译时就需要确定的内容，它们分别是：
1） 类的大小；
2） 类成员的偏移地址；
3） 虚函数的顺序。

要想做一个可升级的DLL，必需避免以上三个问题。所以以下三点用来使DLL远离地狱。

1，不直接生成类的实例。对于类的大小，当我们定义一个类的实例，或使用new语句生成一个实例时，内存的大小是在编译时决定的。要使应用程序不依赖于类的大小，只有一个办法：应用程序不生成类的实例，使用DLL中的函数来生成。把导出类的构造函数定义为私有的(privated)，在导出类中提供静态(static)成员函数(如NewInstance())用来生成类的实例。因为NewInstance()函数在新的DLL中会被重新编译，所以总能返回大小正确的实例内存。

2，不直接访问成员变量。应用程序直接访问类的成员变量时会用到该变量的偏移地址。所以避免偏移地址依赖的办法就是不要直接访问成员变量。把所有的成员变量的访问控制都定义为保护型(protected)以上的级别，并为需要访问的成员变量定义Get或Set方法。Get或Set方法在编译新DLL时会被重新编译，所以总能访问到正确的变量位置。

3，忘了虚函数吧，就算有也不要让应用程序直接访问它。因为类的构造函数已经是私有(privated)的了，所以应用程序也不会去继承这个类，也不会实现自己的多态。如果导出类的父类中有虚函数，或设计需要（如类工场之类的框架），一定要把这些函数声明为保护的(protected)以上的级别，并为应用程序重新设计调用该虑函数的成员函数。这一点也类似于对成员变量的处理。

如果导出的类能遵循以上三点，那么以后对DLL的升级将可以认为是安全的。

如果对一个已经存在的导出类的DLL进行维护，同样也要注意：不要改动所有的成员变量，包括导出类的父类，无论定义的顺序还是数量；不要动所有的虚函数，无论顺序还是数量。

总结起来，其实是一句话：导出类的DLL不要导出除了函数以外的任何内容。听起来是不是有点可笑呢！

事实上，建议你在发布导出类的DLL的时候，重新定义一个类的声明，这个声明可以不管原来的类里的成员变量之类的，只把接口函数列在类的声明里，如下面的例子：
class ClassInterface
{
       privated:
              ClassInterface();
       public:
              static ClassInterface * NewInstance();
              int GetXXX();
              void SetXXX();
              void Function();
};

使用该DLL的应用程序用上面的定义作为ClassInterface的头文件，便不会有任何可能导致的安全问题。

DLL地狱问是归根结底是因为DLL当初是作为函数级共享库设计的，并不能真正提供一个类所必需的信息。类层上的程序复用只有Java和C#生成的类文件才能做到。 

1.为什么要使用delete this，以及如何使用。
(1)考查这样的情况：
有两个对象A,B需要访问同一个多态对象C。
因为C一般是通过new 操作构造的，一定要自己释放，但是对象A,B都需要使用它，并且B不知道A什么时候使用完成C，A也不知道B什么时候使用完成C（当然可以用函数通信的方法通知了，不过是一个比较丑陋的实现方法）,所以不能在A/B中间来delete，
一个折中的办法是在程序退出的时候来delete，但是这样做不到资源的立即释放，假如有多个A/B/C会有比较大的运行开销。
解决的办法就是在C中增加引用计数，并且自己决定什么时候来释放自己:

下面是代码
struct c{
C(){nRef=1;};
int AddRef(){
return ++nRef;
}
int Release(){
if(!--nRef)
{
　delete this;
　return 0;
}
return nRef;
}
protected:
virtual~c()//donot allow delete from outsides
{
}
int nRef;
};

就是通过C内部的计数来判断什么时候释放自己的资源。当然需要A/B在适当时候调用AddRef/Release了。
下面是一个简单的实现。
struct a{
a(c* pc)
{
m_pc=pc;
pc->AddRef();
}
void do_Sth(){
;//...使用完成m_pc了
m_pc->Release();
m_pv=NULL;
}
protected:
c* m_pc;
}
class b的结构和a也差不多，就不写了
下面是main函数：
void main()
{
c* pc=new c;
a　clsA(pc);
b　clsB(pc);
pc->Release();//ok pc was hold by both clsA and clsB,so we don't need it.release.
pc=NULL;
a.do_sth();
b.do_sth();
;//should no memory leak 
}

注意事项：
因为是在类成员函数里面delete this的，所以在此语句以后，不能访问任何的成员变量及虚函数，否则一定非法。

另外的一个用处将在后面说明。

2.dll导出类的几种方法。
其实我就知道两种啦，还请大家补充。
先看M$使用的方法。
struct exports{
__declspec(dllexport)exports();
__declspec(dllexport)~exports();
};
exports::exports(){}
exports::~exports(){}
优点：完全和本地的类一样使用，可以直接new/delete.
缺点：只能使用自动连接(就是连lib的），自由度不高。
不能通过选择dll的方式来转换插件(可以通过替换dll文件实现，但是不能保证对所有的修改后的类通用）
继承exports后没有办法通过同一个接口调用子类函数。(因为你永远new的都是父类，除非重新编译原来的main程序）

另外一个方法：
这样声明exports类：
;//exports.h
struct exports{
friend exports* CreateExports(LPVOID lpparm);
virtual int AddRef();
virtual int Release();//前面讲过的方法，如果不清楚请看第一篇delete this
virtual do_sth()=0;//所有成员函数均为虚函数，基类可以纯虚。
protected:
exports(){}
virtual ~exports(){}
}
extern "C" CreateExports函数是dll的输出函数。
编译exports.cpp成exports.dll
然后在main.cpp:
#include "windows.h"
#include "exports.h"
void main()
{
LoadLibrary("exports");....
PCreateExports=GetProcAddress("CreateExports"....);...
exports* pex=pCreateExports(NULL);
pex->do_sth();
pex->Release();
}
 

Q:为什么要使用protected的构造函数。
A:因为我不希望exports类被直接使用(这样就没有办法实现多态了，因为new不到子类），所以protected它的构造函数。
这样在程序里面你只能通过CreateExports来得到Exports类的指针。而CreateExports返回的类是通过lpparm来确定的，这样就实现了多态性。

Q:为什么要使用delete this 的方法(AddRef/Release)。
A:因为exports类是从dll里面new出来的，所以一定需要在dll里面delete，所以使用这个方法，否则会内存泄漏。

Q:为什么所有成员函数均为虚函数。
A:如果不是虚函数，其实再连接的时候成员函数是会连接代码到.exe里面去的，这样就根本call不到dll里面的函数，也就没有实现我们的原意。
而虚函数是通过函数指针调用的，exports类是再dll里面构造，所以可以保证虚函数是call到dll里面，而且.exe只需要dll的头文件即可编译连接通过。

 

如有缺点、错误及遗漏还请大家指教

3.实现plugins。
有了前两章的基础，这个就比较好办了。
先了解一点点基本概念：
Q:what is plugins
A:就是通过加载不同的dll实现不同的功能，或者附加的功能，典型的如模拟器的各种插件(显示，input...)。
Q:why we use plugins
A:主要为了使程序模块化,并且容易扩充。升级组件时不需要重新发布整个产品。
Q:how to do it?
A:使用LoadLibrary来加载具有相同接口（一般是函数，不过我们这里会使用C++类实现）的不同dll,实现/（扩充）功能。
例子：
D:/ePsxe/plugins>dumpbin spuseal.dll /exports
Microsoft (R) COFF Binary File Dumper Version 6.00.8447
Copyright (C) Microsoft Corp 1992-1998. All rights reserved.

Dump of file spuseal.dll
File Type: DLL
　Section contains the following exports for spuSeal.dll
　　　　　 0 characteristics
　　36A22A22 time date stamp Sun Jan 17 10:21:22 1999
　　　　0.00 version
　　　　　 2 ordinal base
　　　　　22 number of functions
　　　　　22 number of names
　　ordinal hint RVA　　  name
　　　　  3　　0 00001700 PSEgetLibName
　　　　  2　　1 00001710 PSEgetLibType
　　　　  4　　2 00001720 PSEgetLibVersion
　　　　  6　　3 00001800 SPUabout
　　　　 11　　4 00001EE0 SPUclose
　　　　  5　　5 00001730 SPUconfigure
　　　　 18　　6 00002090 SPUgetOne
　　　　  7　　7 00001910 SPUinit
　　　　 10　　8 00001B90 SPUopen
　　　　 23　　9 00002270 SPUplayADPCMchannel
　　　　 12　　A 00002250 SPUplaySample
　　　　 17　　B 00002050 SPUputOne
　　　　 19　　C 000020B0 SPUsetAddr
　　　　 20　　D 000020E0 SPUsetPitch
　　　　 21　　E 00002110 SPUsetVolumeL
　　　　 22　　F 00002150 SPUsetVolumeR
　　　　  8　 10 00001B80 SPUshutdown
　　　　 13　 11 00002190 SPUstartChannels1
　　　　 14　 12 000021C0 SPUstartChannels2
　　　　 15　 13 000021F0 SPUstopChannels1
　　　　 16　 14 00002220 SPUstopChannels2
　　　　  9　 15 00001880 SPUtest
　Summary
　　　　1000 .rsrc
　　　 96000 UPX0
　　　　5000 UPX1
D:/ePsxe/plugins>

这个是epsxe的一个sound插件的输出表。可以看到epsxe就是通过这些函数与dll通信的。
进入正题：
从一个dll里面输出这么多函数实在是一个很烦的事情，而且一个个的去GetProcAddr也很麻烦，
能不能用简单一些的方法呢？
当然是可以的了，使用我们前面介绍的dll输出类技术2就可以了。
还是看代码，我们做一个input的plugins类。
;//input.h
class input{
virtual int  Addref()=0;
virtual int  Release()=0;
virtual DWORD  QueryClsID()=0;//identify this is a input plugins;
virtual DWORD  IsSupport(DWORD flags)=0;
virtual bool  GetXY(int&x,int&y)=0;
virtual DWORD  GetButtonStat()=0;
virtual bool AddEffect(DWORD id,DWORD level)=0;
virtual bool QueryInterface(DWORD clsid,LPVOID* ppVoid);//留待扩充。越来越像COM了。
virtual bool DoConfig();
protected:
input();
virtual ~input();
};
--------------------------------------------------------
;//mouseinput.h
class MouseInput
 :public input
{
protected:
friend input* CreateInput(LPVOID pVoid);
;//...............
};
--------------------------------------------------------
;//mouseinput.cpp
input* CreateInput(LPVOID pVoid){return new mouseinput;};
 
--------------------------------------------------------
;//keyinput.h
class KeyInput
 :public input
{
protected:
friend input* CreateInput(LPVOID pVoid);
;//...............
};
--------------------------------------------------------
;//keyinput.cpp
input* CreateInput(LPVOID pVoid){return new keyinput;};
 
编译后就得到了mouseinput.dll和keyinput.dll
他们分别输出mouseinput类和keyinput类，而外部程序是通过input的接口来调用他们，从而实现了plugins的功能。
 
 
不知道还有没有什么遗漏啊，请大家指教了．．．．．．
 
多提意见：）