VC++動態連結程式庫(DLL)的載入

4.1一個簡單的DLL

第2節給出了以靜態連結庫方式提供add函數介面的方法，接下來我們來看看怎樣用動態連結程式庫實現一個同樣功能的add函數。

如

圖6，在VC++中new一個Win32 Dynamic-Link Library工程dllTest（單擊此處下載本工程附件）。注意不要選擇MFC AppWizard(dll)，因為用MFC AppWizard(dll)建立的將是第5、6節要講述的MFC 動態連結程式庫。

圖6 建立一個非MFC DLL

在建立的工程中添加lib.h及lib.cpp檔案，原始碼如下：

/* 檔案名稱：lib.h　*/

#ifndef LIB_H

#define LIB_H

extern "C" int __declspec(dllexport)add(int x, int y);

#endif

/* 檔案名稱：lib.cpp　*/

#include "lib.h"

int add(int x, int y)

{

return x + y;

}

與第2節對靜態連結庫的調用相似，我們也建立一個與DLL工程處於同一工作區的應用工程dllCall，它調用DLL中的函數add，其原始碼如下：
#include <stdio.h>

#include <windows.h>

typedef int(*lpAddFun)(int, int); //宏定義函數指標類型

int main(int argc, char *argv[])

{

HINSTANCE hDll; //DLL控制代碼

lpAddFun addFun; //函數指標

hDll = LoadLibrary("..//Debug//dllTest.dll");

if (hDll != NULL)

{

addFun = (lpAddFun)GetProcAddress(hDll, "add");

if (addFun != NULL)

{

int result = addFun(2, 3);

printf("%d", result);

}

FreeLibrary(hDll);

}

return 0;

}

分析上述代碼，dllTest工程中的lib.cpp檔案與第2節靜態連結庫版本完全相同，不同在於lib.h對函數add的聲明前面添加了__declspec(dllexport)語句。這個語句的含義是聲明函數add為DLL的匯出函數。DLL內的函數分為兩種：

(1)DLL匯出函數，可供應用程式調用；

(2) DLL內建函式，只能在DLL程式使用，應用程式無法調用它們。

而應用程式對本DLL的調用和對第2節靜態連結庫的調用卻有較大差異，下面我們來逐一分析。

首先，語句typedef int ( * lpAddFun)(int,int)定義了一個與add函數接受參數類型和傳回值均相同的函數指標類型。隨後，在main函數中定義了lpAddFun的執行個體addFun；

其次，在函數main中定義了一個DLL HINSTANCE控制代碼執行個體hDll，通過Win32 Api函數LoadLibrary動態載入了DLL模組並將DLL模組控制代碼賦給了hDll；

再次，在函數main中通過Win32 Api函數GetProcAddress得到了所載入DLL模組中函數add的地址並賦給了addFun。經由函數指標addFun進行了對DLL中add函數的調用；

最後，應用工程使用完DLL後，在函數main中通過Win32 Api函數FreeLibrary釋放了已經載入的DLL模組。

通過這個簡單的例子，我們獲知DLL定義和調用的一般概念：

(1)DLL中需以某種特定的方式聲明匯出函數（或變數、類）；

(2)應用工程需以某種特定的方式調用DLL的匯出函數（或變數、類）。

下面我們來對“特定的方式進行”闡述。

4.2 聲明匯出函數

DLL中匯出函數的聲明有兩種方式：一種為4.1節例子中給出的在函式宣告中加上__declspec(dllexport)，這裡不再舉例說明；另外一種方式是採用模組定義(.def) 檔案聲明，.def檔案為連結器提供了有關被連結程式的匯出、屬性及其他方面的資訊。

下面的代碼示範了怎樣同.def檔案將函數add聲明為DLL匯出函數（需在dllTest工程中添加lib.def檔案）：
; lib.def : 匯出DLL函數

LIBRARY dllTest

EXPORTS

add @ 1

.def檔案的規則為：

(1)LIBRARY語句說明.def檔案相應的DLL；

(2)EXPORTS語句後列出要匯出函數的名稱。可以在.def檔案中的匯出函數名後加@n，表示要匯出函數的序號為n（在進行函數調用時，這個序號將發揮其作用）；

(3).def 檔案中的注釋由每個注釋行開始處的分號 (;) 指定，且注釋不能與語句共用一行。

由此可以看出，例子中lib.def檔案的含義為產生名為“dllTest”的動態連結程式庫，匯出其中的add函數，並指定add函數的序號為1。

4.3 DLL的調用方式

在4.1節的例子中我們看到了由“LoadLibrary-GetProcAddress-FreeLibrary”系統Api提供的三位一體“DLL載入-DLL函數地址擷取-DLL釋放”方式，這種調用方式稱為DLL的動態調用。

動態調用方式的特點是完全由編程者用 API 函數載入和卸載 DLL，程式員可以決定 DLL 檔案何時載入或不載入，顯式連結在運行時決定載入哪個 DLL 檔案。

與動態調用方式相對應的就是靜態調用方式，“有動必有靜”，這來源於物質世界的對立統一。“動與靜”，其對立與統一竟無數次在技術領域裡得到驗證，譬如靜態IP與DHCP、靜態路由與動態路由等。從前文我們已經知道，庫也分為靜態庫與動態庫DLL，而想不到，深入到DLL內部，其調用方式也分為靜態與動態。“動與靜”，無處不在。《周易》已認識到有動必有靜的動靜平衡觀，《易．繫辭》曰：“動靜有常，剛柔斷矣”。哲學意味著一種普遍的真理，因此，我們經常可以在枯燥的技術領域看到哲學的影子。

靜態調用方式的特點是由編譯系統完成對DLL的載入和應用程式結束時 DLL 的卸載。當調用某DLL的應用程式結束時，若系統中還有其它程式使用該 DLL，則Windows對DLL的應用記錄減1，直到所有使用該DLL的程式都結束時才釋放它。靜態調用方式簡單實用，但不如動態調用方式靈活。

下面我們來看看靜態調用的例子（單擊此處下載本工程附件），將編譯dllTest工程所產生的.lib和.dll檔案拷入dllCall工程所在的路徑，dllCall執行下列代碼：
#pragma comment(lib,"dllTest.lib")

//.lib檔案中僅僅是關於其對應DLL檔案中函數的重定位資訊

extern "C" __declspec(dllimport) add(int x,int y);

int main(int argc, char* argv[])

{

int result = add(2,3);

printf("%d",result);

return 0;

}

由上述代碼可以看出，靜態調用方式的順利進行需要完成兩個動作：

(1)告訴編譯器與DLL相對應的.lib檔案所在的路徑及檔案名稱，#pragma comment(lib,"dllTest.lib")就是起這個作用。

程式員在建立一個DLL檔案時，連接器會自動為其產生一個對應的.lib檔案，該檔案包含了DLL 匯出函數的符號名及序號（並不含有實際的代碼）。在應用程式裡，.lib檔案將作為DLL的替代檔案參與編譯。

(2)聲明匯入函數，extern "C" __declspec(dllimport) add(int x,int y)語句中的__declspec(dllimport)發揮這個作用。

靜態調用方式不再需要使用系統API來載入、卸載DLL以及擷取DLL中匯出函數的地址。這是因為，當程式員通過靜態連結方式編譯產生應用程式時，應用程式中調用的與.lib檔案中匯出符號相匹配的函數符號將進入到產生的EXE 檔案中，.lib檔案中所包含的與之對應的DLL檔案的檔案名稱也被編譯器儲存在 EXE檔案內部。當應用程式運行過程中需要載入DLL檔案時，Windows將根據這些資訊發現並載入DLL，然後通過符號名實現對DLL 函數的動態連結。這樣，EXE將能直接通過函數名調用DLL的輸出函數，就象調用程式內部的其他函數一樣。

4.4 DllMain函數

Windows在載入DLL的時候，需要一個入口函數，就如同控制台或DOS程式需要main函數、WIN32程式需要WinMain函數一樣。在前面的例子中，DLL並沒有提供DllMain函數，應用工程也能成功引用DLL，這是因為Windows在找不到DllMain的時候，系統會從其它運行庫中引入一個不做任何操作的預設DllMain函數版本，並不意味著DLL可以放棄DllMain函數。

根據編寫規範，Windows必須尋找並執行DLL裡的DllMain函數作為載入DLL的依據，它使得DLL得以保留在記憶體裡。這個函數並不屬於匯出函數，而是DLL的內建函式。這意味著不能直接在應用工程中引用DllMain函數，DllMain是自動被調用的。

我們來看一個DllMain函數的例子（單擊此處下載本工程附件）。
BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule,

DWORD ul_reason_for_call,

LPVOID lpReserved

)

{

switch (ul_reason_for_call)

{

case DLL_PROCESS_ATTACH:

printf("/nprocess attach of dll");

break;

case DLL_THREAD_ATTACH:

printf("/nthread attach of dll");

break;

case DLL_THREAD_DETACH:

printf("/nthread detach of dll");

break;

case DLL_PROCESS_DETACH:

printf("/nprocess detach of dll");

break;

}

return TRUE;

}

DllMain函數在DLL被載入和卸載時被調用，在單個線程啟動和終止時，DLLMain函數也被調用，ul_reason_for_call指明了被調用的原因。原因共有4種，即PROCESS_ATTACH、PROCESS_DETACH、THREAD_ATTACH和THREAD_DETACH，以switch語句列出。

來仔細解讀一下DllMain的函數頭BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule, WORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved )。

APIENTRY被定義為__stdcall，它意味著這個函數以標準Pascal的方式進行調用，也就是WINAPI方式；

進程中的每個DLL模組被全域唯一的32位元組的HINSTANCE控制代碼標識，只有在特定的進程內部有效，控制代碼代表了DLL模組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，這兩種類型可以替換使用，這就是函數參數hModule的來曆。

執行下列代碼：
hDll = LoadLibrary("..//Debug//dllTest.dll");

if (hDll != NULL)

{

addFun = (lpAddFun)GetProcAddress(hDll, MAKEINTRESOURCE(1));

//MAKEINTRESOURCE直接使用匯出檔案中的序號

if (addFun != NULL)

{

int result = addFun(2, 3);

printf("/ncall add in dll:%d", result);

}

FreeLibrary(hDll);

}

我們看到輸出順序為：

process attach of dll

call add in dll:5

process detach of dll

這一輸出順序驗證了DllMain被調用的時機。

代碼中的GetProcAddress ( hDll, MAKEINTRESOURCE ( 1 ) )值得留意，它直接通過.def檔案中為add函數指定的順序號訪問add函數，具體體現在MAKEINTRESOURCE ( 1 )，MAKEINTRESOURCE是一個通過序號擷取函數名的宏，定義為（節選自winuser.h）：
#define MAKEINTRESOURCEA(i) (LPSTR)((DWORD)((WORD)(i)))

#define MAKEINTRESOURCEW(i) (LPWSTR)((DWORD)((WORD)(i)))

#ifdef UNICODE

#define MAKEINTRESOURCE MAKEINTRESOURCEW

#else

#define MAKEINTRESOURCE MAKEINTRESOURCEA

4.5 __stdcall約定

如果通過VC++編寫的DLL欲被其他語言編寫的程式調用，應將函數的調用方式聲明為__stdcall方式，WINAPI都採用這種方式，而C/C++預設的調用方式卻為__cdecl。__stdcall方式與__cdecl對函數名最終產生符號的方式不同。若採用C編譯方式(在C++中需將函式宣告為extern "C")，__stdcall呼叫慣例在輸出函數名前面加底線，後面加“@”符號和參數的位元組數，形如_functionname@number；而__cdecl呼叫慣例僅在輸出函數名前面加底線，形如_functionname。

Windows編程中常見的幾種函數型別宣告宏都是與__stdcall和__cdecl有關的（節選自windef.h）：
#define CALLBACK __stdcall //這就是傳說中的回呼函數

#define WINAPI __stdcall //這就是傳說中的WINAPI

#define WINAPIV __cdecl

#define APIENTRY WINAPI //DllMain的入口就在這裡

#define APIPRIVATE __stdcall

#define PASCAL __stdcall

在lib.h中，應這樣聲明add函數：
int __stdcall add(int x, int y);

在應用工程中函數指標類型應定義為：
typedef int(__stdcall *lpAddFun)(int, int);

若在lib.h中將函式宣告為__stdcall調用，而應用工程中仍使用typedef int (* lpAddFun)(int,int)，運行時將發生錯誤（因為類型不符，在應用工程中仍然是預設的__cdecl調用），彈出7所示的對話方塊。

圖7 呼叫慣例不匹配時的運行錯誤

圖8中的那段話實際上已經給出了錯誤的原因，即“This is usually a result of　…”。

單擊此處下載__stdcall調用例子工程原始碼附件。

4.6 DLL匯出變數

DLL定義的全域變數可以被調用進程訪問；DLL也可以訪問調用進程的全域資料，我們來看看在應用工程中引用DLL中變數的例子（單擊此處下載本工程附件）。

/* 檔案名稱：lib.h　*/

#ifndef LIB_H

#define LIB_H

extern int dllGlobalVar;

#endif

/* 檔案名稱：lib.cpp */

#include "lib.h"

#include <windows.h>

int dllGlobalVar;

BOOL APIENTRY DllMain(HANDLE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved)

{

switch (ul_reason_for_call)

{

case DLL_PROCESS_ATTACH:

dllGlobalVar = 100; //在dll被載入時，賦全域變數為100

break;

case DLL_THREAD_ATTACH:

case DLL_THREAD_DETACH:

case DLL_PROCESS_DETACH:

break;

}

return TRUE;

}

;檔案名稱：lib.def

;在DLL中匯出變數

LIBRARY "dllTest"

EXPORTS

dllGlobalVar CONSTANT

;或dllGlobalVar DATA

GetGlobalVar

從lib.h和lib.cpp中可以看出，全域變數在DLL中的定義和使用方法與一般的程式設計是一樣的。若要匯出某全域變數，我們需要在.def檔案的EXPORTS後添加：
變數名　CONSTANT　//過時的方法

或
變數名　DATA　 　//VC++提示的新方法

在主函數中引用DLL中定義的全域變數：
#include <stdio.h>

#pragma comment(lib,"dllTest.lib")

extern int dllGlobalVar;

int main(int argc, char *argv[])

{

printf("%d ", *(int*)dllGlobalVar);

*(int*)dllGlobalVar = 1;

printf("%d ", *(int*)dllGlobalVar);

return 0;

}

特別要注意的是用extern int dllGlobalVar聲明所匯入的並不是DLL中全域變數本身，而是其地址，應用程式必須通過強制指標轉換來使用DLL中的全域變數。這一點，從*(int*)dllGlobalVar可以看出。因此在採用這種方式引用DLL全域變數時，千萬不要進行這樣的賦值操作：
dllGlobalVar = 1;

其結果是dllGlobalVar指標的內容發生變化，程式中以後再也引用不到DLL中的全域變數了。

在應用工程中引用DLL中全域變數的一個更好方法是：
#include <stdio.h>

#pragma comment(lib,"dllTest.lib")

extern int _declspec(dllimport) dllGlobalVar; //用_declspec(dllimport)匯入

int main(int argc, char *argv[])

{

printf("%d ", dllGlobalVar);

dllGlobalVar = 1; //這裡就可以直接使用, 無須進行強制指標轉換

printf("%d ", dllGlobalVar);

return 0;

}

通過_declspec(dllimport)方式匯入的就是DLL中全域變數本身而不再是其地址了，筆者建議在一切可能的情況下都使用這種方式。

4.7 DLL匯出類

DLL中定義的類可以在應用工程中使用。

下面的例子裡，我們在DLL中定義了point和circle兩個類，並在應用工程中引用了它們（單擊此處下載本工程附件）。
//檔案名稱：point.h，point類的聲明

#ifndef POINT_H

#define POINT_H

#ifdef DLL_FILE

class _declspec(dllexport) point //匯出類point

#else

class _declspec(dllimport) point //匯入類point

#endif

{

public:

float y;

float x;

point();

point(float x_coordinate, float y_coordinate);

};

#endif

//檔案名稱：point.cpp，point類的實現

#ifndef DLL_FILE

#define DLL_FILE

#endif

#include "point.h"

//類point的預設建構函式

point::point()

{

x = 0.0;

y = 0.0;

}

//類point的建構函式

point::point(float x_coordinate, float y_coordinate)

{

x = x_coordinate;

y = y_coordinate;

}

//檔案名稱：circle.h，circle類的聲明

#ifndef CIRCLE_H

#define CIRCLE_H

#include "point.h"

#ifdef DLL_FILE

class _declspec(dllexport)circle //匯出類circle

#else

class _declspec(dllimport)circle //匯入類circle

#endif

{

public:

void SetCentre(const point ¢rePoint);

void SetRadius(float r);

float GetGirth();

float GetArea();

circle();

private:

float radius;

point centre;

};

#endif

//檔案名稱：circle.cpp，circle類的實現

#ifndef DLL_FILE

#define DLL_FILE

#endif

#include "circle.h"

#define PI 3.1415926

//circle類的建構函式

circle::circle()

{

centre = point(0, 0);

radius = 0;

}

//得到圓的面積

float circle::GetArea()

{

return PI *radius * radius;

}

//得到圓的周長

float circle::GetGirth()

{

return 2 *PI * radius;

}

//設定圓心座標

void circle::SetCentre(const point ¢rePoint)

{

centre = centrePoint;

}

//設定圓的半徑

void circle::SetRadius(float r)

{

radius = r;

}

類的引用：
#include "../circle.h"//包含類聲明標頭檔

#pragma comment(lib,"dllTest.lib");

int main(int argc, char *argv[])

{

circle c;

point p(2.0, 2.0);

c.SetCentre(p);

c.SetRadius(1.0);

printf("area:%f girth:%f", c.GetArea(), c.GetGirth());

return 0;

}

從上述原始碼可以看出，由於在DLL的類實現代碼中定義了宏DLL_FILE，故在DLL的實現中所包含的類聲明實際上為：
class _declspec(dllexport) point //匯出類point

{

…

}

和
class _declspec(dllexport) circle //匯出類circle

{

…

}

而在應用工程中沒有定義DLL_FILE，故其包含point.h和circle.h後引入的類聲明為：
class _declspec(dllimport) point //匯入類point

{

…

}

和
class _declspec(dllimport) circle //匯入類circle

{

…

}

不錯，正是通過DLL中的
class _declspec(dllexport) class_name //匯出類circle　

{

…

}

與應用程式中的
class _declspec(dllimport) class_name //匯入類

{

…

}

匹對來完成類的匯出和匯入的！

我們往往通過在類的聲明標頭檔中用一個宏來決定使其編譯為class _declspec(dllexport) class_name還是class _declspec(dllimport) class_name版本，這樣就不再需要兩個標頭檔。本程式中使用的是：
#ifdef DLL_FILE

class _declspec(dllexport) class_name //匯出類

#else

class _declspec(dllimport) class_name //匯入類

#endif

實際上，在MFC DLL的講解中，您將看到比這更簡便的方法，而此處僅僅是為了說明_declspec(dllexport)與_declspec(dllimport)匹對的問題。

由此可見，應用工程中幾乎可以看到DLL中的一切，包括函數、變數以及類，這就是DLL所要提供的強大能力。只要DLL釋放這些介面，應用程式使用它就將如同使用本工程中的程式一樣！

本章雖以VC++為平台講解非MFC DLL，但是這些普遍的概念在其它語言及開發環境中也是相同的，其思維方式可以直接過渡。

接下來，我們將要研究MFC規則DLL(待續...)