[VC技术内幕V5翻译]第22章动态链接库(第一节)

 

作者：finalday2005-04-20 11:11分类：默认分类标签：

如果你想要编写模块化的软件，你就会对动态链接库感兴趣。你可能认为自己一直在编写模块化的软件——因为C++的类就是模块化的。但是，类是编译时模块，而 DLL是运行时模块。你在制作巨大的EXE程序时，每修改一次就必须重新编译并测试，但现在你可以编译更小一些的DLL模块，并独立地测试它们。比如，你可以将一个C++类放在DLL中，它在编译并链接后可能小于12KB。客户程序可以在它们运行的时候快速地读取并连接你的DLL。Windows本身的主要功能就使用了DLL。

编写DLL已经变得很简单的了。Win32已经把编程模型做了极大的简化，应用程序向导和MFC库中有更多更好的支持。本章将告诉你如何用C++编写 DLL，并让客户程序调用DLL。你将会看到Wineew是如何将DLL映射到你的进程中的，你还将学习MFC库常规DLL与MFC库扩展DLL的区别。你将看到一个简单的DLL例子及一个更为复杂的DLL实现客户控制的例子。

DLL基础理论

在使用应用程序框架的DLL支持之前，你必须理解Win32如何将DLL集成到你的进程中。你可以阅读第10章来弄清进程和虚拟内存。记住进程是一个程序正在运行的一个实例，程序是从磁盘中的EXE文件开始的。

本质上，DLL就是磁盘上的一个文件(通常以DDL为扩展名)，由一些将进程的一部分的全局数据、函数和资源组成。它被编译成载入一个预选的基址，如果那里没有别的DLL相冲突，这个文件就被映射到与你的进程相同的虚拟地址中。DLL具有许多exported（导出）函数，客户程序import （导入）这些函数。Windows在读取DLL的时候会匹配导入与导出。

注意：Win32 DLL允许像导出函数一样，导出全局变量。

在Win32中，每个进程都会得到一份属于自己的DLL的读/写全局变量的拷贝。如果需要在进程间共享内存，你需要使用内存映射文件或是声明一个共享数据段（shared data section ），这在Jeffrey Richter的《Advanced Windows》 (Microsoft Press, 1997)一书有介绍。DLL无论在什么时候需要堆内存，它都在客户进程的堆中进行分配。

导入与导出如何匹配

DLL包含了一个导出函数表。这些函数以它们的符号名和（可选的）序列号对外界标识。函数表也包含了DLL中的函数的地址。当客户程序第一次读取 DLL的时候，并不知道要调用的函数的地址，但它知道符号或是序列号。之后，动态链接进程建立一个表将客户的调用与DLL中的函数地址联系起来。如果你编辑并重建了DLL，你不需要重建你的客户程序，除非你修改了函数名或是参数表。

注意：在简化的世界里，你可能使一个EXE文件从一个或多个DLL中导入函数。在现实世界中，许多DLL调用别的DLL中的函数。这样，一个特殊的DLL可能同时具有导入和导出。动态链接进程可以处理交叉依赖。

在DLL代码中，你必须明确地声明你的导出函数：
__declspec(dllexport) int MyFunction(int n);

(另一种方法是将你的导出函数列在一个模块定义文件 [DEF]中，但这通常会造成一些麻烦。)在客户端，你需要声明相应的导入：
__declspec(dllimport) int MyFunction(int n);

如果你使用的是C++，编译器对MyFunction产生一个修饰名，而别的语言不能使用它。修饰名是一个长名字，是编译器基于类名、函数名和参数类型产生的。它们被列在工程的MAP文件中。如果你希望使用明文名字的MyFunction, 你就需要将声明写成以下的格式：
extern "C" __declspec(dllexport) int MyFunction(int n);
extern "C" __declspec(dllimport) int MyFunction(int n);

默认情况下，编译器使用__cdecl参数来传递约定，也就是说调用程序要负责从栈中弹出参数。一些客户语言可能要求使用__stdcall约定，以取代 Pascal调用约定，这意味着被调用函数负责弹出栈。因此，你可能需要在你的DLL导出声明中使用__stdcall修饰符。

仅仅有导入声明并不足以使客户连接到DLL上。客户工程必须为链接器指定导入库(LIB)，并且客户程序必须实际包含对DLL中导入函数的至少一个调用。此调用语句必须在程序中的可执行到的路径中。

隐式连接与显式连接

之前的小节主要讲述的是隐式连接，这是你做为一个C++程序员有可能使用DLL的方式。在你编译一个DLL时，连接器产生一个伙伴导入 (companion import) LIB文件，它包含每个DLL的导出符号和(可选的)序列号，但不含代码。这个LIB文件是加入到客户程序的工程中的DLL的代理。当你编译（静态连接）客户程序时，导入的符号与LIB文件中的导出符号进行匹配，这些导入的符号（或序列号）捆绑入EXE文件。LIB文件也包含了DLL的文件名（不是它的完全路径），它会存放到EXE文件中。当客户程序启动时，Windows查找并载入DLL然后通过符号或序列号动态连接它。

显式连接更适合于解释语言，如VB，但你也可以在C++中使用。使用显式连接，你不需要使用导入文件，而是调用Win32的 LoadLibrary 函数，指定DLL的路径名作为参数。LoadLibrary返回一个HINSTANCE参数，你可以在调用GetProcAddress 时使用它。GetProcAddress将一个符号（或是序列号）转换成一个DLL内部的地址。假设你有一个DLL，它的一个导出函数是这样的：
extern "C" __declspec(dllexport) double SquareRoot(double d);

以下是一个客户程序的显示连接函数示例：
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); // Call the DLL function

在隐式连接中，所有的DLL在客户程序装入的时候也被装入，但使用显式连接时，你可以决定什么时候DLL被装入和卸出。显式连接允许你决定在运行时装入那个DLL。比如，你可以建立一个英文件版的DLL和一个中文版的DLL，在用户选择了语言之后决定装入哪个。

符号连接与序列号连接

在Win16中，更有效的序列号连接是受欢迎的连接选项。在Win32中，符号连接的效率被改进了。Microsoft现在更建议使用符号连接而不是序列号连接。尽管如此，MFC库的DLL还是使用序列号连接。一个典型的MFC程序可能连接到许多MFC DLL中的函数。序列号连接允许程序的EXE文件更小，因为它不需要包含所要导入的长符号名。如果你使用序列号连接来编译自己的DLL，你必须在项目的 DEF文件中指定序列号，这个文件对于Win32环境下没有什么别的用处。如果你的导出是C++函数，你在DEF文件中必须使用修饰名（或是使用 extern "C"来声明你的函数）。以下是一个MFC库DEF文件的一小部分：
?ReadList@CRecentFileList@@UAEXXZ @ 5458 NONAME
?ReadNameDictFromStream@CPropertySection@@QAEHPAUIStream@@@Z @ 5459 NONAME
?ReadObject@CArchive@@QAEPAVCObject@@PBUCRuntimeClass@@@Z @ 5460 NONAME
?ReadString@CArchive@@QAEHAAVCString@@@Z @ 5461 NONAME
?ReadString@CArchive@@QAEPADPADI@Z @ 5462 NONAME
?ReadString@CInternetFile@@UAEHAAVCString@@@Z @ 5463 NONAME
?ReadString@CInternetFile@@UAEPADPADI@Z @ 5464 NONAME

在(@)符号后面的数字就是序列号。你现在是不是宁可使用符号连接了呢？呵呵。

DLL的入口点—DllMain

在默认情况下，连接器为你的DLL分配主入口点 _DllMainCRTStartup。当Windows载入DLL时，它调用这个函数，它首先调用全局对象的构造函数，然后调用全局函数 DllMain，这个函数你必须编写。不仅是在DLL注入进程时DllMain会被调用，在DLL卸出的时候也要用到。以下是一个DllMain函数的框架：
HINSTANCE g_hInstance;
extern "C" int APIENTRY
    DllMain(HINSTANCE hInstance, DWORD dwReason, LPVOID lpReserved)
{
    if (dwReason == DLL_PROCESS_ATTACH)
    {
        TRACE0("EX22A.DLL Initialing!\n");
        // Do initialization here
    }
    else if (dwReason == DLL_PROCESS_DETACH)
    {
        TRACE0("EX22A.DLL Terminating!\n");
        // Do cleanup here
    }
    return 1;   // ok
}

如果你不为你的DLL写一个DllMain函数，那么将会由运行时库产生一个什么也不做的DllMain版本。

DllMain函数在单个线程启动和结束时也会被调用，调用原因由dwReason 参数指出。Richter的书会告诉你所有你需要知道的有关这个复杂问题的东西。

实例句柄——装载资源

在一个进程中的每个DLL都有一个唯一的32位HINSTANCE 值。另外进程自己有一个HINSTANCE值.所有这些实例句柄都只在特定的进程中有效，它们代表DLL或是EXE的起始虚拟地址。在Win32中， HINSTANCE与HMODULE值是一样的类型是可互换使用的。进程(EXE)实例句柄几乎永远是0x400000,DLL的句柄默认载入到基址 0x10000000。如果你的程序有多个DLL，每个都有不同的HINSTANCE值，这可能是因为在编译时指定了不同的基址，或是因为载入器复制并重新分配了DLL代码。
实例句柄对于装载资源特别重要。Win32的FindResource函数有一个HINSTANCE参数。EXE和DLL可以各自有它们自己的资源。如果你想要一个DLL中的资源，你就指定DLL的实例句柄。如果你想要一个EXE中的资源，你就指定EXE的实例句柄 。

如何获得实例句柄？如果你想要EXE的句柄，调用Win32的 GetModuleHandle 函数（给一个NULL参数）。如果你要DLL的句柄，调用GetModuleHandle 函数（给出DLL名）。稍后你会看到MFC库有自己的方法通过查找队列中的各模块来读取资源。

客户程序如何寻找DLL

如果你使用LoadLibrary来显示的连接，就可以指定DLL的完全路径。如果你没有指定路径，或是你隐式连接，Windows将按以下的规则来定位DLL：
1.    包含EXE文件的目录
2.    进程的当前目录
3.    Windows的系统目录
4.    Windows目录
5.    在PATH环境变量中的目录

这里要注意的是：你建立一个DLL，将DLL文件复制到系统目录。然后你重编译了这个DLL，但忘了复制到系统目录下，这时你的应用程序还是读取旧的DLL。

DLL的调试

VC++ 使调试DLL变得很容易。只要从DLL工程中运行调试器。你第一次做的时候，调试器会询问客户EXE文件所在的路径。此后，每次你从调试器中"运行" DLL时，调试器读取EXE，但是EXE使用搜索队列来查找DLL。这就是说，你必须将DLL的路径设置在PATH环境变量中，或是将DLL拷贝到搜索队列中。