Visual C++中动态链接库技术浅谈

摘要：本文比较了Visual C++所支持的三种动态链接库，列出了各自不同的特点和应用场合，详细地描述了三种动态链接库的建立和调用的方法。

　　关键字：动态链接库；导出函数；调用

　　引言

　　较大的应用程序都由很多模块组成，这些模块分别完成相对独立的功能，它们彼此协作来完成整个软件系统的工作。在构造软件系统时，如果将所有模块的源代码都静态编译到整个应用程序的EXE文件中，会产生一些问题：一个缺点是增加了应用程序的大小，它会占用更多的磁盘空间，程序运行时也会消耗较大的内存空间，造成系统资源的浪费；另一个缺点是，在编写大的EXE程序时，在每次修改重建时都必须调整编译所有源代码，增加了编译过程的复杂性，也不利于阶段性的单元测试；而且，一些模块的功能可能较为通用，在构造其它软件系统时仍会被使用。

　　Windows系统平台上提供了一种完全不同的较有效的编程和运行环境，你可以将独立的程序模块创建为较小的动态链接库(Dynamic Linkable Library，DLL)文件，并可对它们单独编译和测试。在运行时，只有当EXE程序确实要调用这些DLL模块的情况下，系统才会将它们装载到内存空间中。这种方式不仅减少了EXE文件的大小和对内存空间的需求，而且使这些DLL模块可以同时被多个应用程序使用。

　　动态链接库概述

　　动态链接库技术是Windows最重要的实现技术之一，Windows的许多新功能、新特性都是通过DLL来实现的。其实，Windows本身就是由许多DLL组成的，它最基本的三大组成模块Kernel、GDI和User都是DLL。

　　一般来说，DLL是一种磁盘文件，以.dll、.DRV、.FON、.SYS和许多以.EXE为扩展名的系统文件都可以是DLL。它由全局数据、服务函数和资源组成，在运行时被系统加载到进程的虚拟空间中，成为调用进程的一部分。如果与其它DLL之间没有冲突，该文件通常映射到进程虚拟空间的同一地址上。DLL模块中包含各种导出函数，用于向外界提供服务，Windows在加载DLL模块时将进程函数调用与DLL文件的导出函数相匹配。DLL可以有自己的数据段，但没有自己的堆栈，DLL模块需要的堆栈内存都是从运行进程的堆栈中分配出来的，使用与调用它的应用程序相同的堆栈模式；一个DLL在内存中只有一个实例；DLL实现了代码封装性；DLL的编制与具体的编程语言及编译器无关。

　　动态链接库的分类

　　微软的Visual C++支持三种DLL，它们分别是Non-MFC Dll（非MFC动态库）、Regular Dll（常规DLL）、Extension Dll（扩展DLL）。

　　1、Non-MFC DLL（非MFC动态库）

　　这种动态链接库指的是不用MFC的类库结构，直接用C语言写的DLL，其导出的函数是标准的C接口，能被非MFC或MFC编写的应用程序所调用。如果建立的DLL不需要使用MFC，那么应该建立Non-MFC DLL，因为使用MFC会增大用户库的大小，从而浪费用户的磁盘和内存空间。

　　2、Regular DLL（常规DLL）

　　这种动态链接库和下述的Extension Dll一样，是用MFC类库编写的，它的一个明显的特点是在源文件里有一个继承CWinApp的类（注意：此类DLL虽然从CWinApp派生，但没有消息循环）,被导出的函数是C函数、C++类或者C++成员函数（注意不要把术语C++类与MFC的微软基础C++类相混淆），调用常规DLL的应用程序不必是MFC应用程序，只要是能调用类C函数的应用程序就可以，它们可以是在Visual C++、Delphi、Visual Basic、Borland C等编译环境下利用DLL开发应用程序。常规DLL又可细分成静态链接到MFC和动态链接到MFC两种：

　　（1）静态连接到MFC的动态连接库只被VC的专业般和企业版所支持。该类DLL里的输出函数可以被任意Win32程序使用，包括使用MFC的应用程序。输出函数有如下形式：

extern "C" EXPORT YourExportedFunction( );

　　如果没有extern "C"修饰，输出函数仅仅能从C++代码中调用。

　　（2）动态链接到MFC的常规DLL里的输出函数可以被任意Win32程序使用，包括使用MFC的应用程序。所有从DLL输出的函数应该以如下语句开始：

AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState( ))

　　此语句用来正确地切换MFC模块状态。

　　3、Extension Dll（扩展DLL）

　　这种动态链接库是使用MFC的动态链接版本所创建的，并且它只被用MFC类库所编写的应用程序所调用。例如你已经创建了一个从MFC的CtoolBar类的派生类用于创建一个新的工具栏，为了导出这个类，你必须把它放到一个MFC扩展的DLL中。扩展DLL 和常规DLL不一样，它没有一个从CWinApp继承而来的类的对象，所以，开发人员必须在DLL中的DllMain函数添加初始化代码和结束代码。与常规DLL相比，扩展的DLL有如下不同点：

　　1) 它没有一个从CWinApp派生的对象；

　　2) 它必须有一个DLLMain函数；

　　3) DLLMain调用AfxInitExtensionModule函数，必须检查该函数的返回值，如果返回0，DLLMmain也返回0；

　　4) 如果它希望输出CRuntimeClass类型的对象或者资源(Resources)，则需要提供一个初始化函数来创建一个CDynLinkLibrary对象。并且，有必要把初始化函数输出；

　　5) 使用扩展DLL的MFC应用程序必须有一个从CWinApp派生的类，而且，一般在InitInstance里调用扩展DLL的初始化函数。
　动态连接库的建立

　　1、Non-MFC DLL的建立

　　每一个DLL必须有一个入口点，就象用C编写的应用程序时，必须有一个WINMAIN函数一样。在Non-MFC DLL中DllMain是一个缺省的入口函数，你不需要编写自己的DLL入口函数，用这个缺省的入口函数就能使动态链接库被调用时得到正确的初始化。如果应用程序的DLL需要分配额外的内存或资源，或者说需要对每个进程或线程初始化和清除操作时，需要在相应的DLL工程的.CPP文件中对DllMain()函数按照下面的格式书写。

BOOL APIENTRY DllMain(HANDLE 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:
.......
}
return TRUE;
}

　　参数中，hMoudle是动态库被调用时所传递来的一个指向自己的句柄(实际上，它是指向_DGROUP段的一个选择符)；
ul_reason_for_call是一个说明动态库被调原因的标志，当进程或线程装入或卸载动态链接库的时候，操作系统调用入口函数，并说明动态链接库被调用的原因，它所有的可能值为：

　　(1)DLL_PROCESS_ATTACH: 进程被调用或调用Load Library，DLL被链接到当前进程的地址空间并被初始化；

　　(2)DLL_THREAD_ATTACH: 当前进程创建一个新线程，DLL在新线程正文内被调用；

　　(3)DLL_PROCESS_DETACH: 调用DLL的进程被终止，DLL被卸载；

　　(4)DLL_THREAD_DETACH: 调用DLL的线程被终止，DLL被卸载；

　　lpReserved为保留参数。

　　如果在DLL中加入想要输出的函数、变量、C++类或其它函数，可以调用VC的关键字_declspec(dllexport)。

　　2、MFC AppWizard[dll]方式下Regular DLL和Extension DLL的建立

　　在MFC AppWizard[dll]下生成的DLL文件有三种方式：静态链接到MFC的常规DLL、动态链接到MFC的常规DLL以及MFC扩展DLL，在创建DLL是，要根据实际情况选择创建DLL的方式。

　　静态链接到MFC的常规DLL和静态连接到MFC常规DLL的区别是：前者使用的是MFC的静态链接库，生成的DLL文件长度大，一般不使用这种方式；后者使用MFC的动态链接库，生成的DLL文件长度小；动态链接到MFC的常规DLL所有输出的函数应该以如下语句开始：

AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState( )) //此语句用来正确地切换MFC模块状态

　　MFC扩展DLL的特点是用来建立MFC的派生类，Dll只被用MFC类库所编写的应用程序所调用。Extension DLLs 和Regular DLLs不一样，它没有一个从CWinApp继承而来的类的对象，编译器默认了一个DLL入口函数DLLMain()作为对DLL的初始化，你可以在此函数中实现初始化,代码如下：

BOOL WINAPI APIENTRY DLLMain(HINSTANCE hinstDll，DWORD reason ，LPVOID flmpload)
{
switch(reason)
{
……………//初始化代码；
}
return true;
}

　　参数hinstDll存放DLL的句柄，参数reason指明调用函数的原因，lpReserved是一个被系统所保留的参数。对于隐式链接是一个非零值，对于显式链接值是零。

　　动态连接库的调用

　　动态链接库的调用可以分为两种：一种是隐式调用，一种是显示调用。

　　1、隐式的调用

　　这种调用方式需要把产生动态连接库时产生的.LIB文件加入到应用程序的工程中，在使用DLL中的函数时，只须说明一下后就可以直接通过函数名调用DLL的输出函数，调用方法和程序内部其他的函数是一样的。隐式调用不需要调用Load Library()和Free Library()。程序员在建立一个DLL文件时，链接程序会自动生成一个与之对应的LIB导入文件。该文件包含了每一个DLL导出函数的符号名和可选的标识号，但是并不含有实际的代码。LIB文件作为DLL的替代文件被编译到应用程序项目中。

　　当程序员通过隐式调用方式编译生成应用程序时，应用程序中的调用函数与LIB文件中导出符号相匹配，这些符号或标识号被写入到生成的EXE文件中。LIB文件中也包含了对应的DLL文件名（但不是完全的路径名），链接程序也将其存储在EXE文件内部。当应用程序运行过程中需要加载DLL文件时，Windows根据这些信息发现并加载DLL，然后通过符号名或标识号实现对DLL函数的动态链接。所有被应用程序调用的DLL文件都会在应用程序EXE文件加载时被加载在到内存中。

　　2、显式调用

　　这种调用方式是指在应用程序中用Load Library或MFC提供的AfxLoadLibrary显式的将自己所做的动态连接库调进来，并指定DLL的路径作为参数。LoadLibary返回HINSTANCE参数，应用程序在调用GetProcAddress函数时使用这一参数。当完成对动态链接库的导入以后，再使用GetProcAddress()获取想要引入的函数，该函数将符号名或标识号转换为DLL内部的地址，之后就可以象使用本应用程序自定义的函数一样来调用此引入函数了。在应用程序退出之前，应该用Free Library或MFC提供的AfxFreeLibrary释放动态连接库。

　　使用显式调用方式可以让程序员来决定DLL文件何时加载或不加载，而操作系统在载入应用程序时不必要将所有该应用程序所引用的DLL都一起加载到内存中，只要在使用某个DLL时再将其载入，这样就可以减少应用程序在初始加载时所使用的时间和对内存的消耗。在对DLL加载的过程中，Windows将遵循下面的搜索顺序来定位DLL：

　　①包含EXE文件的目录；

　　②进程的当前工作目录 ；

　　③Windows系统目录 ；

　　④Windows目录 ；

　　⑤列在Path环境变量中的一系列目录。

　　总结

　　在Windows操作系统中使用动态链接库（DLL）有很多优点，最主要的一点是多个应用程序、甚至是不同语言编写的应用程序可以共享一个DLL文件，真正实现了资源"共享"，大大缩小了应用程序的执行代码，更加有效地利用了内存；使用DLL的另一个优点是DLL文件作为一个单独的程序模块，封装性、独立性好，在软件需要升级的时候，开发人员只需要修改相应的DLL文件就可以了，而且，当DLL中的函数改变后，如果没有修改参数,程序代码并不需要重新编译。这在编程时十分有用，大大提高了软件开发和维护的效率。