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Win32環(huán)境下動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)編程原理

轉(zhuǎn)自http://www.g168.net/html/net_006/2007/1217/20077317997561.html

比較大應(yīng)用程序都由很多模塊組成，這些模塊分別完成相對(duì)獨(dú)立的功能，它們彼此協(xié)作來(lái)完成整個(gè)軟件系統(tǒng)的工作。其中可能存在一些模塊的功能較為通用，在構(gòu)造其它軟件系統(tǒng)時(shí)仍會(huì)被使用。在構(gòu)造軟件系統(tǒng)時(shí)，如果將所有模塊的源代碼都靜態(tài)編譯到整個(gè)應(yīng)用程序EXE文件中，會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題：一個(gè)缺點(diǎn)是增加了應(yīng)用程序的大小，它會(huì)占用更多的磁盤(pán)空間，程序運(yùn)行時(shí)也會(huì)消耗較大的內(nèi)存空間，造成系統(tǒng)資源的浪費(fèi)；另一個(gè)缺點(diǎn)是，在編寫(xiě)大的EXE程序時(shí)，在每次修改重建時(shí)都必須調(diào)整編譯所有源代碼，增加了編譯過(guò)程的復(fù)雜性，也不利于階段性的單元測(cè)試。

　　Windows系統(tǒng)平臺(tái)上提供了一種完全不同的較有效的編程和運(yùn)行環(huán)境，你可以將獨(dú)立的程序模塊創(chuàng)建為較小的DLL(Dynamic Linkable Library)文件，并可對(duì)它們單獨(dú)編譯和測(cè)試。在運(yùn)行時(shí)，只有當(dāng)EXE程序確實(shí)要調(diào)用這些DLL模塊的情況下，系統(tǒng)才會(huì)將它們裝載到內(nèi)存空間中。這種方式不僅減少了EXE文件的大小和對(duì)內(nèi)存空間的需求，而且使這些DLL模塊可以同時(shí)被多個(gè)應(yīng)用程序使用。Microsoft Windows自己就將一些主要的系統(tǒng)功能以DLL模塊的形式實(shí)現(xiàn)。例如IE中的一些基本功能就是由DLL文件實(shí)現(xiàn)的，它可以被其它應(yīng)用程序調(diào)用和集成。

　　一般來(lái)說(shuō)，DLL是一種磁盤(pán)文件（通常帶有DLL擴(kuò)展名），它由全局?jǐn)?shù)據(jù)、服務(wù)函數(shù)和資源組成，在運(yùn)行時(shí)被系統(tǒng)加載到進(jìn)程的虛擬空間中，成為調(diào)用進(jìn)程的一部分。如果與其它DLL之間沒(méi)有沖突，該文件通常映射到進(jìn)程虛擬空間的同一地址上。DLL模塊中包含各種導(dǎo)出函數(shù)，用于向外界提供服務(wù)。Windows在加載DLL模塊時(shí)將進(jìn)程函數(shù)調(diào)用與DLL文件的導(dǎo)出函數(shù)相匹配。

　　在Win32環(huán)境中，每個(gè)進(jìn)程都復(fù)制了自己的讀/寫(xiě)全局變量。如果想要與其它進(jìn)程共享內(nèi)存，必須使用內(nèi)存映射文件或者聲明一個(gè)共享數(shù)據(jù)段。DLL模塊需要的堆棧內(nèi)存都是從運(yùn)行進(jìn)程的堆棧中分配出來(lái)的。

　　DLL現(xiàn)在越來(lái)越容易編寫(xiě)。Win32已經(jīng)大大簡(jiǎn)化了其編程模式，并有許多來(lái)自AppWizard和MFC類庫(kù)的支持。

　　一、導(dǎo)出和導(dǎo)入函數(shù)的匹配

　　DLL文件中包含一個(gè)導(dǎo)出函數(shù)表。這些導(dǎo)出函數(shù)由它們的符號(hào)名和稱為標(biāo)識(shí)號(hào)的整數(shù)與外界聯(lián)系起來(lái)。函數(shù)表中還包含了DLL中函數(shù)的地址。當(dāng)應(yīng)用程序加載DLL模塊時(shí)時(shí)，它并不知道調(diào)用函數(shù)的實(shí)際地址，但它知道函數(shù)的符號(hào)名和標(biāo)識(shí)號(hào)。動(dòng)態(tài)鏈接過(guò)程在加載的DLL模塊時(shí)動(dòng)態(tài)建立一個(gè)函數(shù)調(diào)用與函數(shù)地址的對(duì)應(yīng)表。如果重新編譯和重建DLL文件，并不需要修改應(yīng)用程序，除非你改變了導(dǎo)出函數(shù)的符號(hào)名和參數(shù)序列。

　　簡(jiǎn)單的DLL文件只為應(yīng)用程序提供導(dǎo)出函數(shù)，比較復(fù)雜的DLL文件除了提供導(dǎo)出函數(shù)以外，還調(diào)用其它DLL文件中的函數(shù)。這樣，一個(gè)特殊的DLL可以既有導(dǎo)入函數(shù)，又有導(dǎo)入函數(shù)。這并不是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)閯?dòng)態(tài)鏈接過(guò)程可以處理交叉相關(guān)的情況。

　　在DLL代碼中，必須像下面這樣明確聲明導(dǎo)出函數(shù)：

__declspec(dllexport) int MyFunction(int n);

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

__declspec(dllimport) int MyFuncition(int n);

　　僅有導(dǎo)入和導(dǎo)出聲明并不能使應(yīng)用程序內(nèi)部的函數(shù)調(diào)用鏈接到相應(yīng)的DLL文件上。應(yīng)用程序的項(xiàng)目必須為鏈接程序指定所需的輸入庫(kù)（LIB文件）。而且應(yīng)用程序事實(shí)上必須至少包含一個(gè)對(duì)DLL函數(shù)的調(diào)用。

　　二、與DLL模塊建立鏈接

　　應(yīng)用程序?qū)牒瘮?shù)與DLL文件中的導(dǎo)出函數(shù)進(jìn)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(yīng)用程序中不需指明DLL文件的實(shí)際存儲(chǔ)路徑，程序員不需關(guān)心DLL文件的實(shí)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(gè)DLL文件時(shí)，鏈接程序會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的LIB導(dǎo)入文件。該文件包含了每一個(gè)DLL導(dǎo)出函數(shù)的符號(hào)名和可選的標(biāo)識(shí)號(hào)，但是并不含有實(shí)際的代碼。LIB文件作為DLL的替代文件被編譯到應(yīng)用程序項(xiàng)目中。當(dāng)程序員通過(guò)靜態(tài)鏈接方式編譯生成應(yīng)用程序時(shí)，應(yīng)用程序中的調(diào)用函數(shù)與LIB文件中導(dǎo)出符號(hào)相匹配，這些符號(hào)或標(biāo)識(shí)號(hào)進(jìn)入到生成的EXE文件中。LIB文件中也包含了對(duì)應(yīng)的DLL文件名（但不是完全的路徑名），鏈接程序?qū)⑵浯鎯?chǔ)在EXE文件內(nèi)部。當(dāng)應(yīng)用程序運(yùn)行過(guò)程中需要加載DLL文件時(shí)，Windows根據(jù)這些信息發(fā)現(xiàn)并加載DLL，然后通過(guò)符號(hào)名或標(biāo)識(shí)號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)DLL函數(shù)的動(dòng)態(tài)鏈接。

　　顯式鏈接方式對(duì)于集成化的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言（例如VB）比較適合。有了顯式鏈接，程序員就不必再使用導(dǎo)入文件，而是直接調(diào)用Win32 的LoadLibary函數(shù)，并指定DLL的路徑作為參數(shù)。LoadLibary返回HINSTANCE參數(shù)，應(yīng)用程序在調(diào)用GetProcAddress函數(shù)時(shí)使用這一參數(shù)。GetProcAddress函數(shù)將符號(hào)名或標(biāo)識(shí)號(hào)轉(zhuǎn)換為DLL內(nèi)部的地址。假設(shè)有一個(gè)導(dǎo)出如下函數(shù)的DLL文件：

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

　　下面是應(yīng)用程序?qū)υ搶?dǎo)出函數(shù)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(diào)用該DLL函數(shù)

　　在隱式鏈接方式中，所有被應(yīng)用程序調(diào)用的DLL文件都會(huì)在應(yīng)用程序EXE文件加載時(shí)被加載在到內(nèi)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(shí)加載或不加載。顯式鏈接在運(yùn)行時(shí)決定加載哪個(gè)DLL文件。例如，可以將一個(gè)帶有字符串資源的DLL模塊以英語(yǔ)加載，而另一個(gè)以西班牙語(yǔ)加載。應(yīng)用程序在用戶選擇了合適的語(yǔ)種后再加載與之對(duì)應(yīng)的DLL文件。

　　三、使用符號(hào)名鏈接與標(biāo)識(shí)號(hào)鏈接

　　在Win16環(huán)境中，符號(hào)名鏈接效率較低，所有那時(shí)標(biāo)識(shí)號(hào)鏈接是主要的鏈接方式。在Win32環(huán)境中，符號(hào)名鏈接的效率得到了改善。Microsoft現(xiàn)在推薦使用符號(hào)名鏈接。但在MFC庫(kù)中的DLL版本仍然采用的是標(biāo)識(shí)號(hào)鏈接。一個(gè)典型的MFC程序可能會(huì)鏈接到數(shù)百個(gè)MFC DLL函數(shù)上。采用標(biāo)識(shí)號(hào)鏈接的應(yīng)用程序的EXE文件體相對(duì)較小，因?yàn)樗槐匕瑢?dǎo)入函數(shù)的長(zhǎng)字符串符號(hào)名。

　　四、編寫(xiě)DllMain函數(shù)

　　DllMain函數(shù)是DLL模塊的默認(rèn)入口點(diǎn)。當(dāng)Windows加載DLL模塊時(shí)調(diào)用這一函數(shù)。系統(tǒng)首先調(diào)用全局對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)，然后調(diào)用全局函數(shù)DLLMain。DLLMain函數(shù)不僅在將DLL鏈接加載到進(jìn)程時(shí)被調(diào)用，在DLL模塊與進(jìn)程分離時(shí)（以及其它時(shí)候）也被調(diào)用。下面是一個(gè)框架DLLMain函數(shù)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(jìn)行初始化
}
else if(dwReason=DLL_PROCESS_DETACH)
{
TRACE0("EX22A.DLL Terminating!\n");
//在這里進(jìn)行清除工作
}
return 1;//成功
}

　　如果程序員沒(méi)有為DLL模塊編寫(xiě)一個(gè)DLLMain函數(shù)，系統(tǒng)會(huì)從其它運(yùn)行庫(kù)中引入一個(gè)不做任何操作的缺省DLLMain函數(shù)版本。在單個(gè)線程啟動(dòng)和終止時(shí)，DLLMain函數(shù)也被調(diào)用。正如由dwReason參數(shù)所表明的那樣。

　　五、模塊句柄

　　進(jìn)程中的每個(gè)DLL模塊被全局唯一的32字節(jié)的HINSTANCE句柄標(biāo)識(shí)。進(jìn)程自己還有一個(gè)HINSTANCE句柄。所有這些模塊句柄都只有在特定的進(jìn)程內(nèi)部有效，它們代表了DLL或EXE模塊在進(jìn)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(gè)兩種類型可以替換使用。進(jìn)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(shí)使用了幾個(gè)DLL模塊，每一個(gè)都會(huì)有不同的HINSTANCE值。這是因?yàn)樵趧?chuàng)建DLL文件時(shí)指定了不同的基地址，或者是因?yàn)榧虞d程序?qū)LL代碼進(jìn)行了重定位。
模塊句柄對(duì)于加載資源特別重要。Win32 的FindResource函數(shù)中帶有一個(gè)HINSTANCE參數(shù)。EXE和DLL都有其自己的資源。如果應(yīng)用程序需要來(lái)自于DLL的資源，就將此參數(shù)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(gè)問(wèn)題，你怎樣得到它們呢？如果需要得到EXE模塊句柄，調(diào)用帶有Null參數(shù)的Win32函數(shù)GetModuleHandle；如果需要DLL模塊句柄，就調(diào)用以DLL文件名為參數(shù)的Win32函數(shù)GetModuleHandle。

　　六、應(yīng)用程序怎樣找到DLL文件

　　如果應(yīng)用程序使用LoadLibrary顯式鏈接，那么在這個(gè)函數(shù)的參數(shù)中可以指定DLL文件的完整路徑。如果不指定路徑，或是進(jìn)行隱式鏈接，Windows將遵循下面的搜索順序來(lái)定位DLL：

　　1．包含EXE文件的目錄，
　　2．進(jìn)程的當(dāng)前工作目錄，
　　3． Windows系統(tǒng)目錄，
　　4． Windows目錄，
　　5．列在Path環(huán)境變量中的一系列目錄。

　　這里有一個(gè)很容易發(fā)生錯(cuò)誤的陷阱。如果你使用VC＋＋進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，并且為DLL模塊專門(mén)創(chuàng)建了一個(gè)項(xiàng)目，然后將生成的DLL文件拷貝到系統(tǒng)目錄下，從應(yīng)用程序中調(diào)用DLL模塊。到目前為止，一切正常。接下來(lái)對(duì)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(tǒng)目錄下。下一次當(dāng)你運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)，它仍加載了老版本的DLL文件，這可要當(dāng)心！

　　七、調(diào)試DLL程序

　　Microsoft 的VC＋＋是開(kāi)發(fā)和測(cè)試DLL的有效工具，只需從DLL項(xiàng)目中運(yùn)行調(diào)試程序即可。當(dāng)你第一次這樣操作時(shí)，調(diào)試程序會(huì)向你詢問(wèn)EXE文件的路徑。此后每次在調(diào)試程序中運(yùn)行DLL時(shí)，調(diào)試程序會(huì)自動(dòng)加載該EXE文件。然后該EXE文件用上面的搜索序列發(fā)現(xiàn)DLL文件，這意味著你必須設(shè)置Path環(huán)境變量讓其包含DLL文件的磁盤(pán)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(fā) 閱讀(243) 評(píng)論(0) 編輯收藏引用所屬分類: Windows編程

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