DLL编写教程
半年不能上网,最近网络终于通了,终于可以更新博客了,写点什么呢?决定最近写一个编程技术系列,其内容是一些通用的编程技术。例如DLL,COM,Socket,多线程等等。这些技术的特点就是使用广泛,但是误解很多;网上教程很多,但是几乎没有什么优质良品。我以近几个月来的编程经验发现,很有必要好好的总结一下这些编程技术了。一来对自己是总结提高,二来可以方便光顾我博客的朋友。 好了,废话少说,言归正传。第一篇就是《DLL编写教程》,为什么起这么土的名字呢?为什么不叫《轻轻松松写DLL》或者《DLL一日通》呢?或者更nb的《深入简出DLL》呢?呵呵,常常上网搜索资料的弟兄自然知道。 本文对通用的DLL技术做了一个总结,并提供了源代码打包下载,下载地址为: http://www.blogjava.net/Files/wxb_nudt/DLL_SRC.rar DLL的优点 简单的说,dll有以下几个优点: 1) 节省内存。同一个软件模块,若是以源代码的形式重用,则会被编译到不同的可执行程序中,同时运行这些exe时这些模块的二进制码会被重复加载到内存中。如果使用dll,则只在内存中加载一次,所有使用该dll的进程会共享此块内存(当然,像dll中的全局变量这种东西是会被每个进程复制一份的)。 2) 不需编译的软件系统升级,若一个软件系统使用了dll,则该dll被改变(函数名不变)时,系统升级只需要更换此dll即可,不需要重新编译整个系统。事实上,很多软件都是以这种方式升级的。例如我们经常玩的星际、魔兽等游戏也是这样进行版本升级的。 3) Dll库可以供多种编程语言使用,例如用c编写的dll可以在vb中调用。这一点上DLL还做得很不够,因此在dll的基础上发明了COM技术,更好的解决了一系列问题。 最简单的dll 开始写dll之前,你需要一个c/c++编译器和链接器,并关闭你的IDE。是的,把你的VC和C++ BUILDER之类的东东都关掉,并打开你以往只用来记电话的记事本程序。不这样做的话,你可能一辈子也不明白dll的真谛。我使用了VC自带的cl编译器和link链接器,它们一般都在vc的bin目录下。(若你没有在安装vc的时候选择注册环境变量,那么就立刻将它们的路径加入path吧)如果你还是因为离开了IDE而害怕到哭泣的话,你可以关闭这个页面并继续去看《VC++技术内幕》之类无聊的书了。 最简单的dll并不比c的helloworld难,只要一个DllMain函数即可,包含objbase.h头文件(支持COM技术的一个头文件)。若你觉得这个头文件名字难记,那么用windows.H也可以。源代码如下:dll_nolib.cpp #include <objbase.h> #include <iostream.h> BOOL APIENTRY DllMain(HANDLE hModule, DWORD dwReason, void* lpReserved) { HANDLE g_hModule; switch(dwReason) { case DLL_PROCESS_ATTACH: cout<<"Dll is attached!"<<endl; g_hModule = (HINSTANCE)hModule; break; case DLL_PROCESS_DETACH: cout<<"Dll is detached!"<<endl; g_hModule=NULL; break; } return true; } 其中DllMain是每个dll的入口函数,如同c的main函数一样。DllMain带有三个参数,hModule表示本dll的实例句柄(听不懂就不理它,写过windows程序的自然懂),dwReason表示dll当前所处的状态,例如DLL_PROCESS_ATTACH表示dll刚刚被加载到一个进程中,DLL_PROCESS_DETACH表示dll刚刚从一个进程中卸载。当然还有表示加载到线程中和从线程中卸载的状态,这里省略。最后一个参数是一个保留参数(目前和dll的一些状态相关,但是很少使用)。 从上面的程序可以看出,当dll被加载到一个进程中时,dll打印"Dll is attached!"语句;当dll从进程中卸载时,打印"Dll is detached!"语句。 编译dll需要以下两条命令: cl /c dll_nolib.cpp 这条命令会将cpp编译为obj文件,若不使用/c参数则cl还会试图继续将obj链接为exe,但是这里是一个dll,没有main函数,因此会报错。不要紧,继续使用链接命令。 Link /dll dll_nolib.obj 这条命令会生成dll_nolib.dll。 注意,因为编译命令比较简单,所以本文不讨论nmake,有兴趣的可以使用nmake,或者写个bat批处理来编译链接dll。 加载DLL(显式调用) 使用dll大体上有两种方式,显式调用和隐式调用。这里首先介绍显式调用。编写一个客户端程序:dll_nolib_client.cpp #include <windows.h> #include <iostream.h> int main(void) { //加载我们的dll HINSTANCE hinst=::LoadLibrary("dll_nolib.dll"); if (NULL != hinst) { cout<<"dll loaded!"<<endl; } return 0; } 注意,调用dll使用LoadLibrary函数,它的参数就是dll的路径和名称,返回值是dll的句柄。 使用如下命令编译链接客户端: Cl dll_nolib_client.cpp 并执行dll_nolib_client.exe,得到如下结果: Dll is attached! dll loaded! Dll is detached! 以上结果表明dll已经被客户端加载过。但是这样仅仅能够将dll加载到内存,不能找到dll中的函数。 使用dumpbin命令查看DLL中的函数 Dumpbin命令可以查看一个dll中的输出函数符号名,键入如下命令: Dumpbin –exports dll_nolib.dll 通过查看,发现dll_nolib.dll并没有输出任何函数。 如何在dll中定义输出函数 总体来说有两种方法,一种是添加一个def定义文件,在此文件中定义dll中要输出的函数;第二种是在源代码中待输出的函数前加上__declspec(dllexport)关键字。 Def文件 首先写一个带有输出函数的dll,源代码如下:dll_def.cpp #include <objbase.h> #include <iostream.h> void FuncInDll (void) { cout<<"FuncInDll is called!"<<endl; } BOOL APIENTRY DllMain(HANDLE hModule, DWORD dwReason, void* lpReserved) { HANDLE g_hModule; switch(dwReason) { case DLL_PROCESS_ATTACH: g_hModule = (HINSTANCE)hModule; break; case DLL_PROCESS_DETACH: g_hModule=NULL; break; } return TRUE; } 这个dll的def文件如下:dll_def.def ; ; dll_def module-definition file ; LIBRARY dll_def.dll DESCRIPTION '(c)2007-2009 Wang Xuebin' EXPORTS FuncInDll @1 PRIVATE 你会发现def的语法很简单,首先是LIBRARY关键字,指定dll的名字;然后一个可选的关键字DESCRIPTION,后面写上版权等信息(不写也可以);最后是EXPORTS关键字,后面写上dll中所有要输出的函数名或变量名,然后接上@以及依次编号的数字(从1到N),最后接上修饰符。 用如下命令编译链接带有def文件的dll: Cl /c dll_def.cpp Link /dll dll_def.obj /def:dll_def.def 再调用dumpbin查看生成的dll_def.dll: Dumpbin –exports dll_def.dll 得到如下结果: Dump of file dll_def.dll File Type: DLL Section contains the following exports for dll_def.dll 0 characteristics 46E4EE98 time date stamp Mon Sep 10 15:13:28 2007 0.00 version 1 ordinal base 1 number of functions 1 number of names ordinal hint RVA name 1 0 00001000 FuncInDll Summary 2000 .data 1000 .rdata 1000 .reloc 6000 .text 观察这一行 1 0 00001000 FuncInDll 会发现该dll输出了函数FuncInDll。 显式调用DLL中的函数 写一个dll_def.dll的客户端程序:dll_def_client.cpp #include <windows.h> #include <iostream.h> int main(void) { //定义一个函数指针 typedef void (* DLLWITHLIB )(void); //定义一个函数指针变量 DLLWITHLIB pfFuncInDll = NULL; //加载我们的dll HINSTANCE hinst=::LoadLibrary("dll_def.dll"); if (NULL != hinst) { cout<<"dll loaded!"<<endl; } //找到dll的FuncInDll函数 pfFuncInDll = (DLLWITHLIB)GetProcAddress(hinst, "FuncInDll"); //调用dll里的函数 if (NULL != pfFuncInDll) { (*pfFuncInDll)(); } return 0; } 有两个地方值得注意,第一是函数指针的定义和使用,不懂的随便找本c++书看看;第二是GetProcAddress的使用,这个API是用来查找dll中的函数地址的,第一个参数是DLL的句柄,即LoadLibrary返回的句柄,第二个参数是dll中的函数名称,即dumpbin中输出的函数名(注意,这里的函数名称指的是编译后的函数名,不一定等于dll源代码中的函数名)。 编译链接这个客户端程序,并执行会得到: dll loaded! FuncInDll is called! 这表明客户端成功调用了dll中的函数FuncInDll。 __declspec(dllexport) 为每个dll写def显得很繁杂,目前def使用已经比较少了,更多的是使用__declspec(dllexport)在源代码中定义dll的输出函数。 Dll写法同上,去掉def文件,并在每个要输出的函数前面加上声明__declspec(dllexport),例如: __declspec(dllexport) void FuncInDll (void) 这里提供一个dll源程序dll_withlib.cpp,然后编译链接。链接时不需要指定/DEF:参数,直接加/DLL参数即可, Cl /c dll_withlib.cpp Link /dll dll_withlib.obj 然后使用dumpbin命令查看,得到: 1 0 00001000 ?FuncInDll@@YAXXZ 可知编译后的函数名为?FuncInDll@@YAXXZ,而并不是FuncInDll,这是因为c++编译器基于函数重载的考虑,会更改函数名,这样使用显式调用的时候,也必须使用这个更改后的函数名,这显然给客户带来麻烦。为了避免这种现象,可以使用extern “C”指令来命令c++编译器以c编译器的方式来命名该函数。修改后的函数声明为: extern "C" __declspec(dllexport) void FuncInDll (void) dumpbin命令结果: 1 0 00001000 FuncInDll 这样,显式调用时只需查找函数名为FuncInDll的函数即可成功。 extern “C” 使用extern “C”关键字实际上相当于一个编译器的开关,它可以将c++语言的函数编译为c语言的函数名称。即保持编译后的函数符号名等于源代码中的函数名称。 隐式调用DLL 显式调用显得非常复杂,每次都要LoadLibrary,并且每个函数都必须使用GetProcAddress来得到函数指针,这对于大量使用dll函数的客户是一种困扰。而隐式调用能够像使用c函数库一样使用dll中的函数,非常方便快捷。 下面是一个隐式调用的例子:dll包含两个文件dll_withlibAndH.cpp和dll_withlibAndH.h。 代码如下:dll_withlibAndH.h extern "C" __declspec(dllexport) void FuncInDll (void); dll_withlibAndH.cpp #include <objbase.h> #include <iostream.h> #include "dll_withLibAndH.h"//看到没有,这就是我们增加的头文件 extern "C" __declspec(dllexport) void FuncInDll (void) { cout<<"FuncInDll is called!"<<endl; } BOOL APIENTRY DllMain(HANDLE hModule, DWORD dwReason, void* lpReserved) { HANDLE g_hModule; switch(dwReason) { case DLL_PROCESS_ATTACH: g_hModule = (HINSTANCE)hModule; break; case DLL_PROCESS_DETACH: g_hModule=NULL; break; } return TRUE; } 编译链接命令: Cl /c dll_withlibAndH.cpp Link /dll dll_withlibAndH.obj 在进行隐式调用的时候需要在客户端引入头文件,并在链接时指明dll对应的lib文件(dll只要有函数输出,则链接的时候会产生一个与dll同名的lib文件)位置和名称。然后如同调用api函数库中的函数一样调用dll中的函数,不需要显式的LoadLibrary和GetProcAddress。使用最为方便。客户端代码如下:dll_withlibAndH_client.cpp #include "dll_withLibAndH.h" //注意路径,加载 dll的另一种方法是 Project | setting | link 设置里 #pragma comment(lib,"dll_withLibAndH.lib") int main(void) { FuncInDll();//只要这样我们就可以调用dll里的函数了 return 0; } __declspec(dllexport)和__declspec(dllimport)配对使用 上面一种隐式调用的方法很不错,但是在调用DLL中的对象和重载函数时会出现问题。因为使用extern “C”修饰了输出函数,因此重载函数肯定是会出问题的,因为它们都将被编译为同一个输出符号串(c语言是不支持重载的)。 事实上不使用extern “C”是可行的,这时函数会被编译为c++符号串,例如(?FuncInDll@@YAXH@Z、 ?FuncInDll@@YAXXZ),当客户端也是c++时,也能正确的隐式调用。 这时要考虑一个情况:若DLL1.CPP是源,DLL2.CPP使用了DLL1中的函数,但同时DLL2也是一个DLL,也要输出一些函数供Client.CPP使用。那么在DLL2中如何声明所有的函数,其中包含了从DLL1中引入的函数,还包括自己要输出的函数。这个时候就需要同时使用__declspec(dllexport)和__declspec(dllimport)了。前者用来修饰本dll中的输出函数,后者用来修饰从其它dll中引入的函数。 所有的源代码包括DLL1.H,DLL1.CPP,DLL2.H,DLL2.CPP,Client.cpp。源代码可以在下载的包中找到。你可以编译链接并运行试试。 值得关注的是DLL1和DLL2中都使用的一个编码方法,见DLL2.H #ifdef DLL_DLL2_EXPORTS #define DLL_DLL2_API __declspec(dllexport) #else #define DLL_DLL2_API __declspec(dllimport) #endif DLL_DLL2_API void FuncInDll2(void); DLL_DLL2_API void FuncInDll2(int); 在头文件中以这种方式定义宏DLL_DLL2_EXPORTS和DLL_DLL2_API,可以确保DLL端的函数用__declspec(dllexport)修饰,而客户端的函数用__declspec(dllimport)修饰。当然,记得在编译dll时加上参数/D “DLL_DLL2_EXPORTS”,或者干脆就在dll的cpp文件第一行加上#define DLL_DLL2_EXPORTS。 VC生成的代码也是这样的!事实证明,我是抄袭它的,hoho! DLL中的全局变量和对象 解决了重载函数的问题,那么dll中的全局变量和对象都不是问题了,只是有一点语法需要注意。如源代码所示:dll_object.h #ifdef DLL_OBJECT_EXPORTS #define DLL_OBJECT_API __declspec(dllexport) #else #define DLL_OBJECT_API __declspec(dllimport) #endif DLL_OBJECT_API void FuncInDll(void); extern DLL_OBJECT_API int g_nDll; class DLL_OBJECT_API CDll_Object { public: CDll_Object(void); show(void); // TODO: add your methods here. }; Cpp文件dll_object.cpp如下: #define DLL_OBJECT_EXPORTS #include <objbase.h> #include <iostream.h> #include "dll_object.h" DLL_OBJECT_API void FuncInDll(void) { cout<<"FuncInDll is called!"<<endl; } DLL_OBJECT_API int g_nDll = 9; CDll_Object::CDll_Object() { cout<<"ctor of CDll_Object"<<endl; } CDll_Object::show() { cout<<"function show in class CDll_Object"<<endl; } BOOL APIENTRY DllMain(HANDLE hModule, DWORD dwReason, void* lpReserved) { HANDLE g_hModule; switch(dwReason) { case DLL_PROCESS_ATTACH: g_hModule = (HINSTANCE)hModule; break; case DLL_PROCESS_DETACH: g_hModule=NULL; break; } return TRUE; } 编译链接完后Dumpbin一下,可以看到输出了5个符号: 1 0 00001040 ??0CDll_Object@@QAE@XZ 2 1 00001000 ??4CDll_Object@@QAEAAV0@ABV0@@Z 3 2 00001020 ?FuncInDll@@YAXXZ 4 3 00008040 ?g_nDll@@3HA 5 4 00001069 ?show@CDll_Object@@QAEHXZ 它们分别代表类CDll_Object,类的构造函数,FuncInDll函数,全局变量g_nDll和类的成员函数show。下面是客户端代码:dll_object_client.cpp #include "dll_object.h" #include <iostream.h> //注意路径,加载 dll的另一种方法是 Project | setting | link 设置里 #pragma comment(lib,"dll_object.lib") int main(void) { cout<<"call dll"<<endl; cout<<"call function in dll"<<endl; FuncInDll();//只要这样我们就可以调用dll里的函数了 cout<<"global var in dll g_nDll ="<<g_nDll<<endl; cout<<"call member function of class CDll_Object in dll"<<endl; CDll_Object obj; obj.show(); return 0; } 运行这个客户端可以看到: call dll call function in dll FuncInDll is called! global var in dll g_nDll =9 call member function of class CDll_Object in dll ctor of CDll_Object function show in class CDll_Object 可知,在客户端成功的访问了dll中的全局变量,并创建了dll中定义的C++对象,还调用了该对象的成员函数。 中间的小结 牢记一点,说到底,DLL是对应C语言的动态链接技术,在输出C函数和变量时显得方便快捷;而在输出C++类、函数时需要通过各种手段,而且也并没有完美的解决方案,除非客户端也是c++。 记住,只有COM是对应C++语言的技术。 下面开始对各各问题一一小结。 显式调用和隐式调用 何时使用显式调用?何时使用隐式调用?我认为,只有一个时候使用显式调用是合理的,就是当客户端不是C/C++的时候。这时是无法隐式调用的。例如用VB调用C++写的dll。(VB我不会,所以没有例子) Def和__declspec(dllexport) 其实def的功能相当于extern “C” __declspec(dllexport),所以它也仅能处理C函数,而不能处理重载函数。而__declspec(dllexport)和__declspec(dllimport)配合使用能够适应任何情况,因此__declspec(dllexport)是更为先进的方法。所以,目前普遍的看法是不使用def文件,我也同意这个看法。 从其它语言调用DLL 从其它编程语言中调用DLL,有两个最大的问题,第一个就是函数符号的问题,前面已经多次提过了。这里有个两难选择,若使用extern “C”,则函数名称保持不变,调用较方便,但是不支持函数重载等一系列c++功能;若不使用extern “C”,则调用前要查看编译后的符号,非常不方便。 第二个问题就是函数调用压栈顺序的问题,即__cdecl和__stdcall的问题。__cdecl是常规的C/C++调用约定,这种调用约定下,函数调用后栈的清理工作是由调用者完成的。__stdcall是标准的调用约定,即这些函数将在返回到调用者之前将参数从栈中删除。 这两个问题DLL都不能很好的解决,只能说凑合着用。但是在COM中,都得到了完美的解决。所以,要在Windows平台实现语言无关性,还是只有使用COM中间件。 总而言之,除非客户端也使用C++,否则dll是不便于支持函数重载、类等c++特性的。DLL对c函数的支持很好,我想这也是为什么windows的函数库使用C加dll实现的理由之一。 在VC中编写DLL 在VC中创建、编译、链接dll是非常方便的,点击fileàNewàProjectàWin32 Dynamic-Link Library,输入dll名称dll_InVC然后点击确定。然后选择A DLL that export some symbols,点击Finish。即可得到一个完整的DLL。 仔细观察其源代码,是不是有很多地方似曾相识啊,哈哈!