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| Win32环境下动态链接库(DLL)编程原理 |
| [时间: 2006-4-17 3:35:31
作者:iiprogram
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来源:
http://blog.csdn.net/iiprogram/
比较大应用都由很多模块组成，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的工作。其中可能存在一些模块的功能较为通用，在构造其它软件时仍会被使用。在构造软件时，如果将所有模块的源代码都静态编译到整个应用EXE中，会产生一些问题：一个缺点是增加了应用的大小，它会占用更多的磁盘空间，运行时也会消耗较大的内存空间，造成资源的浪费；另一个缺点是，在编写大的EXE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。
Windows平台上提供了一种完全不同的较有效的编程和运行环境，你可以将独立的模块创建为较小的DLL(Dynamic Linkable Library)，并可对它们单独编译和测试。在运行时，只有当EXE确实要调用这些DLL模块的情况下，才会将它们装载到内存空间中。这种方式不仅减少了EXE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使用。Microsoft Windows自己就将一些主要的功能以DLL模块的形式实现。例如IE中的一些基本功能就是由DLL实现的，它可以被其它应用调用和集成。
一般来说，DLL是一种磁盘（通常带有DLL扩展名），它由全局数据、服务函数和资源组成，在运行时被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的导出函数相匹配。
在Win32环境中，每个进程都复制了自己的读/写全局变量。如果想要与其它进程共享内存，必须使用内存映射或者声明一个共享数据段。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。
DLL现在越来越容易编写。Win32已经大大简化了其编程模式，并有许多来自AppWizard和MFC类库的支持。
一、导出和导入函数的匹配
DLL中包含一个导出函数表。这些导出函数由它们的符号名和称为标识号的整数与外界联系起来。函数表中还包含了DLL中函数的地址。当应用加载DLL模块时时，它并不知道调用函数的实际地址，但它知道函数的符号名和标识号。动态链接过程在加载的DLL模块时动态建立一个函数调用与函数地址的对应表。如果重新编译和重建DLL，并不需要修改应用，除非你改变了导出函数的符号名和参数序列。
简单的DLL只为应用提供导出函数，比较复杂的DLL除了提供导出函数以外，还调用其它DLL中的函数。这样，一个特殊的DLL可以既有导入函数，又有导入函数。这并不是一个问题，因为动态链接过程可以处理交叉相关的情况。
在DLL代码中，必须像下面这样明确声明导出函数：
__declspec(dllexport) int MyFunction(int n);
但也可以在模块定义(DEF)中列出导出函数，不过这样做常常引起更多的麻烦。在应用方面，要求像下面这样明确声明相应的输入函数：
__declspec(dllimport) int MyFuncition(int n);
仅有导入和导出声明并不能使应用内部的函数调用链接到相应的DLL上。应用的项目必须为链接指定所需的输入库（LIB）。而且应用事实上必须至少包含一个对DLL函数的调用。
二、与DLL模块建立链接
应用导入函数与DLL中的导出函数进行链接有两种方式：隐式链接和显式链接。所谓的隐式链接是指在应用中不需指明DLL的实际存储路径，员不需关心DLL的实际装载。而显式链接与此相反。
采用隐式链接方式，员在建立一个DLL时，链接会自动生成一个与之对应的LIB导入。该包含了每一个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作为DLL的替代被编译到应用项目中。当员通过静态链接方式编译生成应用时，应用中的调用函数与LIB中导出符号相匹配，这些符号或标识号进入到生成的EXE中。LIB中也包含了对应的DLL名（但不是完全的路径名），链接将其存储在EXE内部。当应用运行过程中需要加载DLL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。
显式链接方式对于集成化的开发语言（例如）比较适合。有了显式链接，员就不必再使用导入，而是直接调用Win32 的LoadLibary函数，并指定DLL的路径作为参数。LoadLibary返回HINSTANCE参数，应用在调用GetProcAddress函数时使用这一参数。GetProcAddress函数将符号名或标识号转换为DLL内部的地址。假设有一个导出如下函数的DLL：
extern "C" __declspec(dllexport) double SquareRoot(double d);
下面是应用对该导出函数的显式链接的例子：
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);//调用该DLL函数
在隐式链接方式中，所有被应用调用的DLL都会在应用EXE加载时被加载在到内存中；但如果采用显式链接方式，员可以决定DLL何时加载或不加载。显式链接在运行时决定加载哪个DLL。例如，可以将一个带有串资源的DLL模块以英语加载，而另一个以西班牙语加载。应用在用户选择了合适的语种后再加载与之对应的DLL。
三、使用符号名链接与标识号链接
在Win16环境中，符号名链接效率较低，所有那时标识号链接是主要的链接方式。在Win32环境中，符号名链接的效率得到了改善。Microsoft现在推荐使用符号名链接。但在MFC库中的DLL版本仍然采用的是标识号链接。一个典型的MFC可能会链接到数百个MFC DLL函数上。采用标识号链接的应用的EXE体相对较小，因为它不必包含导入函数的长串符号名。
四、编写DllMain函数
DllMain函数是DLL模块的默认入口点。当Windows加载DLL模块时调用这一函数。首先调用全局对象的构造函数，然后调用全局函数DLLMain。DLLMain函数不仅在将DLL链接加载到进程时被调用，在DLL模块与进程分离时（以及其它时候）也被调用。下面是一个框架DLLMain函数的例子。
HINSTANCE g_hInstance;
extern "C" int APIENTRY DllMain(HINSTANCE hInstance,DWORD dwReason,LPVOID lpReserved)
{
if(dwReason==DLL_PROCESS_ATTACH)
{
TRACE0("EX22A.DLL Initializing!\n");
//在这里进行初始化
}
else if(dwReason=DLL_PROCESS_DETACH)
{
TRACE0("EX22A.DLL Terminating!\n");
//在这里进行清除工作
}
return 1;//成功
}
如果员没有为DLL模块编写一个DLLMain函数，会从其它运行库中引入一个不做任何操作的缺省DLLMain函数版本。在单个线程启动和终止时，DLLMain函数也被调用。正如由dwReason参数所表明的那样。
五、模块句柄
进程中的每个DLL模块被全局唯一的32字节的HINSTANCE句柄标识。进程自己还有一个HINSTANCE句柄。所有这些模块句柄都只有在特定的进程内部有效，它们代表了DLL或EXE模块在进程虚拟空间中的起始地址。在Win32中，HINSTANCE和HMODULE的值是相同的，这个两种类型可以替换使用。进程模块句柄几乎总是等于0x400000，而DLL模块的加载地址的缺省句柄是0x10000000。如果同时使用了几个DLL模块，每一个都会有不同的HINSTANCE值。这是因为在创建DLL时指定了不同的基地址，或者是因为加载对DLL代码进行了重定位。
模块句柄对于加载资源特别重要。Win32 的FindResource函数中带有一个HINSTANCE参数。EXE和DLL都有其自己的资源。如果应用需要来自于DLL的资源，就将此参数指定为DLL的模块句柄。如果需要EXE中包含的资源，就指定EXE的模块句柄。
但是在使用这些句柄之前存在一个问题，你怎样得到它们呢？如果需要得到EXE模块句柄，调用带有Null参数的Win32函数GetModuleHandle；如果需要DLL模块句柄，就调用以DLL名为参数的Win32函数GetModuleHandle。
六、应用怎样找到DLL
如果应用使用LoadLibrary显式链接，那么在这个函数的参数中可以指定DLL的完整路径。如果不指定路径，或是进行隐式链接，Windows将遵循下面的搜索顺序来定位DLL：
1． 包含EXE的目录，
2． 进程的当前工作目录，
3． Windows目录，
4． Windows目录，
5． 列在Path环境变量中的一系列目录。
这里有一个很容易发生错误的陷阱。如果你使用＋＋进行项目开发，并且为DLL模块专门创建了一个项目，然后将生成的DLL拷贝到目录下，从应用中调用DLL模块。到目前为止，一切正常。接下来对DLL模块做了一些修改后重新生成了新的DLL，但你忘记将新的DLL拷贝到目录下。下一次当你运行应用时，它仍加载了老版本的DLL，这可要当心！
七、调试DLL
Microsoft 的＋＋是开发和测试DLL的有效工具，只需从DLL项目中运行调试即可。当你第一次这样操作时，调试会向你询问EXE的路径。此后每次在调试中运行DLL时，调试会自动加载该EXE。然后该EXE用上面的搜索序列发现DLL，这意味着你必须设置Path环境变量让其包含DLL的磁盘路径，或者也可以将DLL拷贝到搜索序列中的目录路径下。
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