Windows 动态链接库 DLL 浅析

一、概念

DLL：Dynamic Link Library，即动态链接库，这种库包含了可由多个程序同时使用的代码和数据。

它是microsoft在windows操作系统中实现共享函数库概念的一种实现方式。其中windows中 一些作为DLL实现的文件有：

• ActiveX控件（.ocx）文件：如windows上的日历控件。
• 控制面板（.cpl）文件：控制面板中的每一项都是一个专用的DLL。
• 设备驱动程序（.drv）文件：如控制打印到打印机的打印机驱动程序。

二、由来

DLL最初用于节约应用程序所需要的磁盘和内存空间。早前，在传统的非共享库中，一部分代码简单地附加到调用的程序中。如果两个程序同时调用同一个子程序，就会出现两份那段代码。相反，许多应用共享的代码能够切分到一个DLL中，在硬盘上存为一个文档，在内存中只需使用一个实例。

三、DLL的优缺点

优点：

（1）节省内存和代码重用：当多个程序使用同一个函数库时，DLL可以减少在磁盘和物理内存中加载代码的重复量，且有助于代码的重用。

（2）模块化：DLL有助于促进模块式程序开发。模块化允许仅仅更改几个应用程序共享使用的一个DLL中的代码和数据而不需要更改应用程序自身。这种模块话的基本形式允许如Microsoft Office、Microsoft Visual Studio、甚至windows自身这样大的应用程序 使用较为紧凑的补丁和服务包。

缺点：

DLL Hell：即DLL地狱，指几个应用程序在使用同一个共享的DLL库时发生版本冲突。

究其原因，八个字：成也共用，败也共用。因为DLL Hell正是由于动态链接库可与其他程序共用函数、资源所导致。

主要有两种情况：

设想这样一个场景：程序A会使用1.0版本的动态链接库X，则在程序A安装到系统时，会同时安装该1.0版本的动态链接库X。假设另一个程序B也会使用到动态链接库X，那么程序B直接复制到硬盘中即可正常运行，因为动态链接库已经存在于系统中。然而有一天，另一程序C也要使用动态链接库X，但是由于程序C开发的时间较晚，其需要较新版本---2.0版本的动态链接库X。则在程序C被安装到系统时，2.0版本的动态链接库X 也必须随之安装到系统中，此时系统中1.0版本的动态链接库将被2.0版本所取代（替换）。

情况1：新版本的动态链接库不兼容旧版本。如，A何B需要X所提供的功能，在升级到2.0后，新版本的X竟然把此功能取消了（很难想象吧，呵呵但有时候就是如此....）。则此时虽然C能正常运行，但A和B均无法工作了。

情况2：新版本的动态链接库兼容旧版本，但是存在一个bug。

可看下面的例子（仅仅为了说明问题）：

// X1.0 version
void func(int count)
{
    if(count < 0)
        count = 0;
    ....
}

// X2.0 version
void func(int count)
{
    //负数处理被移除!
    ...
}

一旦出现count为负数的情况，则程序A在新版本的处理下就会有问题。

解决办法：Side-by-side Assembly，是windows Xp以及以上系统解决动态链接库版本冲突所使用的技术，重点在于编译程序时，由VS生成一个manifest文件，指明当前应用程序所使用的动态链接库版本号；发布程序时需同时发布该manifest文件，供客户计算机上的DLL Loader根据manifest加载适当版本的DLL，若不发布该项manifest，客户机则按默认版本加载DLL。下图为其典型的场景：

四、DLL与lib的关系

咋一看：lib是静态链接库；DLL是动态链接库，一个编译时提供；一个运行时提供，完了。

其实没那么简单！ lib也有静态lib和动态lib之分。

静态lib：它将导出声明（后面会讲）和实现均放到lib中，编译后所有代码都嵌入到宿主程序中去。

动态lib：相当于一个h文件，它是对实现部分（.DLL）的导出部分的声明。编译后只是将导出声明部分编译到宿主程序中，运行时需要相应的DLL文件的支持，否则无法工作。当生成一个新的DLL时，也会有配套的lib产生（即二者需一起分发），此时的lib即为动态lib（后面会有还有实验）。

五、如何生成一个DLL

在VC++6.0开发环境下，打开File\New\Project选项，可以选择Win32 Dynamic-Link Library或MFC AppWizard【dll】来以不同的方式创建Non-MFC DLL、Regular DLL、Extension DLL等不同种类的动态链接库。下面以选择Win32 Dynamic-Link Library方式来创建一个DLL（实现加法运算）：

1、创建一个Win32 Dynamic-Link Library方式的空工程，取名为myDLL

2、分别添加头文件(.h)和源文件(.cpp)

// mydll.h file
extern "C" _declspec(dllexport) int add(int a, int b);

//mydll.cpp file
#include "mydll.h"
int add(int a, int b) //该DLL需要导出的函数功能：加法
{
    return a + b;
}

说明：

（1）前面的 extern “C” 告诉编译器函数可以在本模块或其他模块中使用，其中“C”表明需按照C语言方式编译和连接它，因为C++编译时，会对函数名进行修饰，用于实现函数重载，而C里面没有这个功能，所以需要用extern "C"在头文件进行声明的时候加以区分，以便链接时能进行正确地函数名查找。

（2）_declspec(dllexport)为导出函数关键字，意为需从DLL中导出该函数，以便使用。

3、编译连接

在进行编译连接后会在Debug目录下找到DLL文件和对应的lib文件

六、如何调用一个DLL

下面实现两种调用方式：单独.dll 和.h + .lib + .dll结合

注：需把对应的 .dll 文件以及.lib 文件和.h文件（结合方式时）拷贝至调用的程序目录下

（1）单纯使用.dll

#include<wtypes.h> 
#include <winbase.h> 
#include <iostream>
_declspec(dllimport) int Add(int a, int b); //导入声明，亦可以不加，如果加上可加快程序运行

typedef int(*pAdd)(int a,int b);

int main()
{

	HINSTANCE hDLL;
	pAdd Add;
	hDLL=LoadLibrary("mydll.dll");  //加载 DLL文件
	if(hDLL == NULL)std::cout<<"Error!!!\n";
	Add=(pAdd)GetProcAddress(hDLL,"add");  //取DLL中的函数地址，以备调用

	int a =Add(5,8);
	std::cout<<"a: "<<a<<std::endl;
	
	FreeLibrary(hDLL);
	return 0;
} 

输出结果：

（2）.h + .lib + .dll 结合方式

#include<wtypes.h> 
#include <winbase.h> 
#include <iostream>
#include "mydll.h"
#pragma comment(lib,"mydll.lib")  //将mydll.lib库文件连接到目标文件中（即本工程）
extern "C"_declspec(dllimport) int add(int a,int b);
int main()
{

	int a =add(5,8);
	std::cout<<"a: "<<a<<std::endl;

	return 0;
} 

输出：

反例演示：此时如果去掉 .dll 文件（即只有.lib 和 .h文件），则会出错：

参考文献：

（1）维基百科之动态链接库

（2）msdn之什么是DLL？

（3）维基百科之DLL地狱

（4）别再掉进DLL地狱的陷阱里（DLL Hell）....

（5）什么是 Side-by-side Assembly

（6）dll的两种调用方式，lib 与 dll 的区别

（7）C++ DLL 编写入门