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Win32環境下動態鏈接庫(DLL)編程原理

轉自http://www.g168.net/html/net_006/2007/1217/20077317997561.html

比較大應用程序都由很多模塊組成，這些模塊分別完成相對獨立的功能，它們彼此協作來完成整個軟件系統的工作。其中可能存在一些模塊的功能較為通用，在構造其它軟件系統時仍會被使用。在構造軟件系統時，如果將所有模塊的源代碼都靜態編譯到整個應用程序EXE文件中，會產生一些問題：一個缺點是增加了應用程序的大小，它會占用更多的磁盤空間，程序運行時也會消耗較大的內存空間，造成系統資源的浪費；另一個缺點是，在編寫大的EXE程序時，在每次修改重建時都必須調整編譯所有源代碼，增加了編譯過程的復雜性，也不利于階段性的單元測試。

　　Windows系統平臺上提供了一種完全不同的較有效的編程和運行環境，你可以將獨立的程序模塊創建為較小的DLL(Dynamic Linkable Library)文件，并可對它們單獨編譯和測試。在運行時，只有當EXE程序確實要調用這些DLL模塊的情況下，系統才會將它們裝載到內存空間中。這種方式不僅減少了EXE文件的大小和對內存空間的需求，而且使這些DLL模塊可以同時被多個應用程序使用。Microsoft Windows自己就將一些主要的系統功能以DLL模塊的形式實現。例如IE中的一些基本功能就是由DLL文件實現的，它可以被其它應用程序調用和集成。

　　一般來說，DLL是一種磁盤文件（通常帶有DLL擴展名），它由全局數據、服務函數和資源組成，在運行時被系統加載到進程的虛擬空間中，成為調用進程的一部分。如果與其它DLL之間沒有沖突，該文件通常映射到進程虛擬空間的同一地址上。DLL模塊中包含各種導出函數，用于向外界提供服務。Windows在加載DLL模塊時將進程函數調用與DLL文件的導出函數相匹配。

　　在Win32環境中，每個進程都復制了自己的讀/寫全局變量。如果想要與其它進程共享內存，必須使用內存映射文件或者聲明一個共享數據段。DLL模塊需要的堆棧內存都是從運行進程的堆棧中分配出來的。

　　DLL現在越來越容易編寫。Win32已經大大簡化了其編程模式，并有許多來自AppWizard和MFC類庫的支持。

　　一、導出和導入函數的匹配

　　DLL文件中包含一個導出函數表。這些導出函數由它們的符號名和稱為標識號的整數與外界聯系起來。函數表中還包含了DLL中函數的地址。當應用程序加載DLL模塊時時，它并不知道調用函數的實際地址，但它知道函數的符號名和標識號。動態鏈接過程在加載的DLL模塊時動態建立一個函數調用與函數地址的對應表。如果重新編譯和重建DLL文件，并不需要修改應用程序，除非你改變了導出函數的符號名和參數序列。

　　簡單的DLL文件只為應用程序提供導出函數，比較復雜的DLL文件除了提供導出函數以外，還調用其它DLL文件中的函數。這樣，一個特殊的DLL可以既有導入函數，又有導入函數。這并不是一個問題，因為動態鏈接過程可以處理交叉相關的情況。

　　在DLL代碼中，必須像下面這樣明確聲明導出函數：

__declspec(dllexport) int MyFunction(int n);

　　但也可以在模塊定義(DEF)文件中列出導出函數，不過這樣做常常引起更多的麻煩。在應用程序方面，要求像下面這樣明確聲明相應的輸入函數：

__declspec(dllimport) int MyFuncition(int n);

　　僅有導入和導出聲明并不能使應用程序內部的函數調用鏈接到相應的DLL文件上。應用程序的項目必須為鏈接程序指定所需的輸入庫（LIB文件）。而且應用程序事實上必須至少包含一個對DLL函數的調用。

　　二、與DLL模塊建立鏈接

　　應用程序導入函數與DLL文件中的導出函數進行鏈接有兩種方式：隱式鏈接和顯式鏈接。所謂的隱式鏈接是指在應用程序中不需指明DLL文件的實際存儲路徑，程序員不需關心DLL文件的實際裝載。而顯式鏈接與此相反。

　　采用隱式鏈接方式，程序員在建立一個DLL文件時，鏈接程序會自動生成一個與之對應的LIB導入文件。該文件包含了每一個DLL導出函數的符號名和可選的標識號，但是并不含有實際的代碼。LIB文件作為DLL的替代文件被編譯到應用程序項目中。當程序員通過靜態鏈接方式編譯生成應用程序時，應用程序中的調用函數與LIB文件中導出符號相匹配，這些符號或標識號進入到生成的EXE文件中。LIB文件中也包含了對應的DLL文件名（但不是完全的路徑名），鏈接程序將其存儲在EXE文件內部。當應用程序運行過程中需要加載DLL文件時，Windows根據這些信息發現并加載DLL，然后通過符號名或標識號實現對DLL函數的動態鏈接。

　　顯式鏈接方式對于集成化的開發語言（例如VB）比較適合。有了顯式鏈接，程序員就不必再使用導入文件，而是直接調用Win32 的LoadLibary函數，并指定DLL的路徑作為參數。LoadLibary返回HINSTANCE參數，應用程序在調用GetProcAddress函數時使用這一參數。GetProcAddress函數將符號名或標識號轉換為DLL內部的地址。假設有一個導出如下函數的DLL文件：

extern "C" __declspec(dllexport) double SquareRoot(double d);

　　下面是應用程序對該導出函數的顯式鏈接的例子：

typedef double(SQRTPROC)(double);
HINSTANCE hInstance;
SQRTPROC* pFunction;
VERIFY(hInstance=::LoadLibrary("c:\\winnt\\system32\\mydll.dll"));
VERIFY(pFunction=(SQRTPROC*)::GetProcAddress(hInstance,"SquareRoot"));
double d=(*pFunction)(81.0);//調用該DLL函數

　　在隱式鏈接方式中，所有被應用程序調用的DLL文件都會在應用程序EXE文件加載時被加載在到內存中；但如果采用顯式鏈接方式，程序員可以決定DLL文件何時加載或不加載。顯式鏈接在運行時決定加載哪個DLL文件。例如，可以將一個帶有字符串資源的DLL模塊以英語加載，而另一個以西班牙語加載。應用程序在用戶選擇了合適的語種后再加載與之對應的DLL文件。

　　三、使用符號名鏈接與標識號鏈接

　　在Win16環境中，符號名鏈接效率較低，所有那時標識號鏈接是主要的鏈接方式。在Win32環境中，符號名鏈接的效率得到了改善。Microsoft現在推薦使用符號名鏈接。但在MFC庫中的DLL版本仍然采用的是標識號鏈接。一個典型的MFC程序可能會鏈接到數百個MFC DLL函數上。采用標識號鏈接的應用程序的EXE文件體相對較小，因為它不必包含導入函數的長字符串符號名。

　　四、編寫DllMain函數

　　DllMain函數是DLL模塊的默認入口點。當Windows加載DLL模塊時調用這一函數。系統首先調用全局對象的構造函數，然后調用全局函數DLLMain。DLLMain函數不僅在將DLL鏈接加載到進程時被調用，在DLL模塊與進程分離時（以及其它時候）也被調用。下面是一個框架DLLMain函數的例子。

HINSTANCE g_hInstance;
extern "C" int APIENTRY DllMain(HINSTANCE hInstance,DWORD dwReason,LPVOID lpReserved)
{
if(dwReason==DLL_PROCESS_ATTACH)
{
TRACE0("EX22A.DLL Initializing!\n");
//在這里進行初始化
}
else if(dwReason=DLL_PROCESS_DETACH)
{
TRACE0("EX22A.DLL Terminating!\n");
//在這里進行清除工作
}
return 1;//成功
}

　　如果程序員沒有為DLL模塊編寫一個DLLMain函數，系統會從其它運行庫中引入一個不做任何操作的缺省DLLMain函數版本。在單個線程啟動和終止時，DLLMain函數也被調用。正如由dwReason參數所表明的那樣。

　　五、模塊句柄

　　進程中的每個DLL模塊被全局唯一的32字節的HINSTANCE句柄標識。進程自己還有一個HINSTANCE句柄。所有這些模塊句柄都只有在特定的進程內部有效，它們代表了DLL或EXE模塊在進程虛擬空間中的起始地址。在Win32中，HINSTANCE和HMODULE的值是相同的，這個兩種類型可以替換使用。進程模塊句柄幾乎總是等于0x400000，而DLL模塊的加載地址的缺省句柄是0x10000000。如果程序同時使用了幾個DLL模塊，每一個都會有不同的HINSTANCE值。這是因為在創建DLL文件時指定了不同的基地址，或者是因為加載程序對DLL代碼進行了重定位。
模塊句柄對于加載資源特別重要。Win32 的FindResource函數中帶有一個HINSTANCE參數。EXE和DLL都有其自己的資源。如果應用程序需要來自于DLL的資源，就將此參數指定為DLL的模塊句柄。如果需要EXE文件中包含的資源，就指定EXE的模塊句柄。

　　但是在使用這些句柄之前存在一個問題，你怎樣得到它們呢？如果需要得到EXE模塊句柄，調用帶有Null參數的Win32函數GetModuleHandle；如果需要DLL模塊句柄，就調用以DLL文件名為參數的Win32函數GetModuleHandle。

　　六、應用程序怎樣找到DLL文件

　　如果應用程序使用LoadLibrary顯式鏈接，那么在這個函數的參數中可以指定DLL文件的完整路徑。如果不指定路徑，或是進行隱式鏈接，Windows將遵循下面的搜索順序來定位DLL：

　　1．包含EXE文件的目錄，
　　2．進程的當前工作目錄，
　　3． Windows系統目錄，
　　4． Windows目錄，
　　5．列在Path環境變量中的一系列目錄。

　　這里有一個很容易發生錯誤的陷阱。如果你使用VC＋＋進行項目開發，并且為DLL模塊專門創建了一個項目，然后將生成的DLL文件拷貝到系統目錄下，從應用程序中調用DLL模塊。到目前為止，一切正常。接下來對DLL模塊做了一些修改后重新生成了新的DLL文件，但你忘記將新的DLL文件拷貝到系統目錄下。下一次當你運行應用程序時，它仍加載了老版本的DLL文件，這可要當心！

　　七、調試DLL程序

　　Microsoft 的VC＋＋是開發和測試DLL的有效工具，只需從DLL項目中運行調試程序即可。當你第一次這樣操作時，調試程序會向你詢問EXE文件的路徑。此后每次在調試程序中運行DLL時，調試程序會自動加載該EXE文件。然后該EXE文件用上面的搜索序列發現DLL文件，這意味著你必須設置Path環境變量讓其包含DLL文件的磁盤路徑，或者也可以將DLL文件拷貝到搜索序列中的目錄路徑下。

posted on 2011-06-20 18:24 厚積薄發閱讀(243) 評論(0) 編輯收藏引用所屬分類: Windows編程

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