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动态链接库DLL的加载:隐式加载(载入时加载)和显式加载(运行时加载)

静态链接库在链接时,编译器会将 .obj 文件和 .LIB 文件组织成一个 .exe 文件,程序运行时,将全部数据加载到内存。

如果程序体积较大,功能较为复杂,那么加载到内存中的时间就会比较长,最直接的一个例子就是双击打开一个软件,要很久才能看到界面。这是静态链接库的一个弊端。

动态链接库有两种加载方式:隐式加载和显示加载。
  • 隐式加载又叫载入时加载,指在主程序载入内存时搜索DLL,并将DLL载入内存。隐式加载也会有静态链接库的问题,如果程序稍大,加载时间就会过长,用户不能接受。
  • 显式加载又叫运行时加载,指主程序在运行过程中需要DLL中的函数时再加载。显式加载是将较大的程序分开加载的,程序运行时只需要将主程序载入内存,软件打开速度快,用户体验好。

隐式加载

首先创建一个工程,命名为 cDemo,添加源文件 main.c,内容如下:
#include<stdio.h>

extern int add(int, int);  // 也可以是 _declspec(dllimport) int add(int, int);
extern int sub(int, int);  // 也可以是 _declspec(dllimport) int sub(int, int);

int main(){
    int a=10, b=5;
    printf("a+b=%d\n", add(a, b));
    printf("a-b=%d\n", sub(a, b));
    return 0;
}
找到上节创建的 dllDemo 工程,将 debug 目录下的 dllDemo.lib 和 dllDemo.dll 复制到当前工程目录下。

前面已经说过:.lib 文件包含DLL导出的函数和变量的符号名,只是用来为链接程序提供必要的信息,以便在链接时找到函数或变量的入口地址;.dll 文件才包含实际的函数和数据。所以首先需要将 dllDemo.lib 引入到当前项目。

选择”工程(Project) -> 设置(Settings)“菜单,打开工程设置对话框,选择”链接(link)“选项卡,在”对象/库模块(Object/library modules)“编辑框中输入 dllDemo.lib,如下图所示:


但是这样引入 .lib 文件有一个缺点,就是将源码提供给其他用户编译时,也必须手动引入 .lib 文件,麻烦而且容易出错,所以最好是在源码中引入 .lib 文件,如下所示:
#pragma comment(lib, "dllDemo.lib")

更改上面的代码:
#include<stdio.h>
#pragma comment(lib, "dllDemo.lib")

_declspec(dllimport) int add(int, int);
_declspec(dllimport) int sub(int, int);

int main(){
    int a=10, b=5;
    printf("a+b=%d\n", add(a, b));
    printf("a-b=%d\n", sub(a, b));
    return 0;
}
点击确定回到项目,编译、链接并运行,输出结果如下:
Congratulations! DLL is loaded!
a+b=15
a-b=5

在 main.c 中除了用 extern 关键字声明 add() 和 sub() 函数来自外部文件,还可以用 _declspec(dllimport) 标识符声明函数来自动态链接库。

为了更好的进行模块化设计,最好将 add() 和 sub() 函数的声明放在头文件中,整理后的代码如下:

dllDemo.h
#ifndef _DLLDEMO_H
#define _DLLDEMO_H

#pragma comment(lib, "dllDemo.lib")
_declspec(dllexport) int add(int, int);
_declspec(dllexport) int sub(int, int);

#endif

main.c
#include<stdio.h>
#include "dllDemo.h"

int main(){
    int a=10, b=5;
    printf("a+b=%d\n", add(a, b));
    printf("a-b=%d\n", sub(a, b));
    return 0;
}

显式加载

显式加载动态链接库时,需要用到 LoadLibrary() 函数,该函数的作用是将指定的可执行模块映射到调用进程的地址空间。LoadLibrary() 函数的原型声明如下所示:
HMODULE  LoadLibrary(LPCTSTR 1pFileName);

LoadLibrary() 函数不仅能够加载DLL(.dll),还可以加载可执行模块(.exe)。一般来说,当加载可执行模块时,主要是为了访问该模块内的一些资源,例如位图资源或图标资源等。LoadLibrary() 函数有一个字符串类型(LPCTSTR)的参数,该参数指定了可执行模块的名称,既可以是一个.dll文件,也可以是一个.exe文件。如果调用成功, LoadLibrary() 函数将返回所加载的那个模块的句柄。该函数的返回类型是HMODULE。 HMODULE类型和HINSTANCE类型可以通用。

当获取到动态链接库模块的句柄后,接下来就要想办法获取该动态链接库中导出函数的地址,这可以通过调用 GetProcAddress() 函数来实现。该函数用来获取DLL导出函数的 地址,其原型声明如下所示:
FARPROC  GetProcAddress(HMODULE hModule, LPCSTR 1pProcName);

可以看到,GetProcAddress函数有两个参数,其含义分别如下所述:
  • hModule:指定动态链接库模块的句柄,即 LoadLibrary() 函数的返回值。
  • 1pProcName:字符串指针,表示DLL中函数的名字。

首先创建一个工程,命名为 cDemo,添加源文件 main.c,内容如下:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<windows.h>  // 必须包含 windows.h

typedef int (*FUNADDR)();  // 指向函数的指针

int main(){
    int a=10, b=5;
   
    HINSTANCE dllDemo = LoadLibrary("dllDemo.dll");
    FUNADDR add, sub;
    if(dllDemo){
        add = (FUNADDR)GetProcAddress(dllDemo, "add");
        sub = (FUNADDR)GetProcAddress(dllDemo, "sub");
    }else{
        printf("Fail to load DLL!\n");
        system("pause");
        exit(1);
    }

    printf("a+b=%d\n", add(a, b));
    printf("a-b=%d\n", sub(a, b));

    system("pause");
    return 0;
}
找到上节创建的 dllDemo 工程,将 debug 目录下的 dllDemo.dll 复制到当前工程目录下。注意,只需要 dllDemo.dll,不需要 dllDemo.lib。

运行程序,输出结果与上面相同。

HMODULE 类型、HINSTANCE 类型在 windows.h 中定义;LoadLibrary() 函数、GetProcAddress() 函数是Win32 API,也在 windows.h 中定义。

通过以上的例子,我们可以看到,隐式加载和显式加载这两种加载DLL的方式各有 优点,如果采用动态加载方式,那么可以在需要时才加载DLL,而隐式链接方式实现起来比较简单,在编写程序代码时就可以把链接工作做好,在程序中可以随时调用DLL导出的函数。但是,如果程序需要访问十多个DLL,如果都采用隐式链接方式加载它们的话, 那么在该程序启动时,这些DLL都需要被加载到内存中,并映射到调用进程的地址空间, 这样将加大程序的启动时间。而且,一般来说,在程序运行过程中只是在某个条件满足时才需要访问某个DLL中的某个函数,其他情况下都不需要访问这些DLL中的函数。但是这时所有的DLL都已经被加载到内存中,资源浪费是比较严重的。在这种情况下,就可以采用显式加载的方式访问DLL,在需要时才加载所需的DLL,也就是说,在需要时DLL才会被加载到内存中,并被映射到调用进程的地址空间中。有一点需要说明的是,实际上, 采用隐式链接方式访问DLL时,在程序启动时也是通过调用LoadLibrary() 函数加载该进程需要的动态链接库的。

第一个DLL程序:动态链接库DLL教程,30分钟快速上手

DLL 程序的入口函数是 DllMain(),就像 DOS 程序的入口函数是 main()、Win32 程序的入口函数是 WinMain() 一样。前面我们一直在讲的就是DOS程序。

DllMain() 函数的原型为:
BOOL APIENTRY DllMain(
    HANDLE hModule,
    DWORD  ul_reason_for_call,
    LPVOID lpReserved
);
其中:
  • hModule 表示本DLL程序的句柄。
  • ul_reason_for_call 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。
  • lpReserved 表示一个保留参数,目前已经很少使用。

一个简单的DLL程序并不比 "Hello World" 程序难,下面就开始介绍如何利用VC6.0创建DLL及其调用方式。

首先利用VC6.0新建一个 Win32 Dynamic-Link Library 类型的工程,工程取名为 dllDemo,并选择“An empty Dll project"选项,即创建一个空的动态链接库工程。然后,为该工程添加 一个C源文件 main.c,并在其中编写完成加法运算和减法运算的函数,代码如下所示:
#include <objbase.h>  // 也可以 #include <windows.h>
#include <stdio.h>

_declspec(dllexport) int add(int a, int b){
    return a+b;
}
_declspec(dllexport)int sub(int a, int b){
    return a-b;
}

BOOL APIENTRY DllMain(
    HANDLE hModule,
    DWORD  ul_reason_for_call,
    LPVOID lpReserved
){
    if(ul_reason_for_call == DLL_PROCESS_ATTACH){
        printf("Congratulations! DLL is loaded!");
    }
}
然后利用Build命令生成dllDemo这一动态链接库程序。之后,在该工程的Debug目录下, 可以看到有一个dllDemo.dll文件,这就是生成的动态链接库文件。

读者要记住,应用程序如果想要访问某个DLL中的函数,那么该函数必须是已经被导出的函数。为了导出一些函数,需要在函数前面添加标识符 _declspec(dllexport)。

为了查看一个DLL中有哪些导出函数,可 以利用VC6.0提供的命令行工具Dumpbin来实现。

Dumpbin.exe文件位于VC6.0安装目录下的VC98\bin目录下。在该目录下还有 一个批处理文件VCVARS32.bat,该文件的作用是用来建立VC6.0使用的环境信息。如果读者在其他目录下无法执行Dumpbin命令,原因可能就是你的VC6.0安装的环境信息被破坏了,那么可以运行VCVARS32.bat这个批处理文件,之后在其他目录下,就可以 执行Dumpbin命令了。

注意:当在命令行界面下执行VCVARS32.bat文件后,该文件所设置的环境信息只是在当前命令行窗口生效。如果关闭该窗口,并再次启动一个新的命令行窗口后,仍需要运行VCVARS32.bat文件。

在命令行界面下,cd 到工程目录下的debug目录,输入dumpbin -exports dllDemo.dll 命令,然后回车,即可查看DLL中的导出函数,如下图:


注意红色方框标出的信息:
ordinal    hint     RVA                name
          1         0     00001005        add
          2         1     0000100A        sub

在这段信息中,"ordinal" 列列出的信息 '1' 和 '2' 是导出函数的序号;"hint" 列列出的数字是提示码,该信息不重要;"RVA" 列列出的地址值是导出函数在DLL模块中的位置,也就是说,通过该地址值,可以在DLL中找到它们;最后一列 "name" 列出的是导出函数的名称。

将 add 函数前面的 _declspec(dllexport) 标识符去掉,再次编译 dllDemo 工程,然后执行 dumpbin -exports dllDemo.dll 命令,输出如下图所示:


可以看到,add 函数已经不是导出函数了。

打开项目目录下的Debug目录,发现有 dllDemo.dll 和 dllDemo.lib 两个文件。上节已经说过,.lib 文件包含DLL导出的函数和变量的符号名,.dll 文件才包含实际的函数和数据。主程序调用 DLL 需要这两个文件,下节会讲解如何使用。

注意:DllMain() 函数在DLL程序载入和卸载时执行,可以用来做一些初始化和清理的工作,如果仅仅是向外暴露函数,就可以省略 DllMain() 函数。但是如果有 DllMain() 函数,就一定要 #include <objbase.h>  或 #include <windows.h>。

例如,上面DLL如果只想暴露 add() 和 sub() 函数,而不想进行其他操作,那么可以这样写:
_declspec(dllexport) int add(int a, int b){
    return a+b;
}
_declspec(dllexport)int sub(int a, int b){
    return a-b;
}

动态链接库(dll)简介

DLL 是 Dynamic Link Library 的缩写,译为“动态链接库”。DLL也是一个被编译过的二进制程序,可以被其他程序调用,但与 exe 不同,DLL不能独立运行,必须由其他程序调用载入内存。

DLL 中封装了很多函数,只要知道函数的入口地址,就可以被其他程序调用。

Windows API中所有的函数都包含在DLL中,其中有3个最重要的DLL:
  • Kemel32.dll:它包含那些用于管理内存、进程和线程的函数,例如CreateThread函数;
  • User32.dll:它包含那些用于执行用户界面任务(如窗口的创建和消息的传送)的函数,例如 CreateWindow 函数;
  • GDI32.dll:它包含那些用于画图和显示文本的函数。

静态链接库和动态链接库

1) 静态库

函数和数据被编译进一个二进制文件(通常扩展名为.LIB)。在使用静态库的情况下, 在编译链接可执行文件时,链接器从库中复制这些函数和数据并把它们和应用程序的其他模块组合起来创建最终的可执行文件(.EXE文件)。当发布产品时,只需要发布这个可执行文件,并不需要发布被使用的静态库。

2) 动态库

在使用动态库的时候,往往提供两个文件:一个引入库(.lib)文件和一个DLL (.dll) 文件。虽然引入库的后缀名也是“lib”,但是,动态库的引入库文件和静态库文件有着本质上的区别,对一个DLL来说,其引入库文件(.lib)包含该DLL导出的函数和变量的符号名,而.dll文件包含该DLL实际的函数和数据。在使用动态库的情况下,在编译链接可执行文件时,只需要链接该DLL的引入库文件,该DLL中的函数代码和数据并不复制到可执行文件中,直到可执行程序运行时,才去加载所需的DLL,将该DLL映射到进程的地址空间中,然后访问DLL中导出的函数。这时,在发布产品时,除了发布可执行文件以外,同时还要发布该程序将要调用的动态链接库。

使用动态链接库的好处

1) 可以采用多种编程语言来编写

我们可以采用自己熟悉的开发语言编写DLL,然后由其他语言编写的可执行程序来调用这些DLL。例如,可以利用VB来编写程序的界面,然后调用利用VC++或Delphi编写的完成程序业务逻辑的DLL。

2) 增强产品的功能

在发布产品时,可以发布产品功能实现的动态链接库规范,让其他公司或个人遵照这个规范开发自己的DLL,以取代产品原有的DLL,让产品调用新的DLL,从而实现功能 的增强。在实际工作中,我们看到许多产品都提供了界面插件功能,允许用户动态地更换程序的界面,这就可以通过更换界面DLL来实现。

3) 提供二次开发的平台

在销售产品的同时,可以采用DLL的形式提供一个二次开发的平台,让用户可以利用该DLL调用其中实现的功能,编写符合自己业务需要的产品,从而实现二次开发。

4) 简化项目管理

在一个大型项目开发中,通常都是由多个项目小组同时开发,如果采用串行开发,则效率是非常低的。我们可以将项目细分,将不同功能交由各项目小组以多个DLL的方式实现,这样,各个项目小组就可以同时进行开发了。

5) 可以节省磁盘空间和内存

如果多个应用程序需要访问同样的功能,那么可以将该功能以DLL的形式提供,这样在机器上只需要存在一份该DLL文件就可以了,从而节省了磁盘空间。另外,如果多个应用程序使用同一个DLL,该DLL只需要放入内存一次,所有的应用程序就都可以共亨它了。这样,内存的使用将更加有效。

我们知道,当进程被加载时,系统会为它分配内存,接着分析该可执行模块,找到该程序将要调用哪些DLL,然后系统搜索这些DLL,找到后就加载它们,并为它们分配内存空间。DLL的内存空间只有一份,如果有第二个程序也需要加载该DLL,那么它们共享内存空间,相同的DLL不会再次加载。

6) 有助于资源的共享

DLL可以包含对话框模板、字符串、图标和位图等多种资源,多个应用程序可以使用DLL来共享这些资源。在实际工作中,可以编写一个纯资源的动态链接库,供其他应用程序访问。

7) 有助于实现应用程序的本地化

如果产品需要提供多语言版本,那么就可以使用DLL来支持多语言。可以为每种语言创建一个只支持这种语言的动态链接库。

第一个C语言多文件编译的例子:C语言多文件编程,10分钟快速上手

这一节通过一个简单的例子,向大家展示如何有效地将各个文件联系在一起。

在 VC6.0 中新建一个工程,添加 fun.c、main.c 两个源文件和 fun.h 一个头文件,内容如下:

fun.c
#include <stdio.h>
int fun1(){
    printf("The first function!\n");
    return 0;
}
int fun2(){
    printf("The second function!\n");
    return 0;
}
int fun3(){
    printf("The third function!\n");
    return 0;
}

fun.h
#ifndef _FUN_H
#define _FUN_H

extern int fun1(void);
extern int fun2(void);
extern int fun3(void);

#endif

main.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "fun.h"

int main(){
    fun1();
    fun2();
    fun3();

    system("pause");
    return 0;
}
对上面的每个 .c 文件都进行编译,然后链接并运行:
The first function!
The second function!
The third function!

上面的例子,函数定义放在 fun.c 文件中,在 fun.h 头文件中对函数进行声明,暴露接口,然后在主文件 main.c 中引入 fun.h。

注意:编译是针对单个 .c 文件的,如果项目中有多个 .c 文件,需要逐一编译,然后链接,或者使用“组建 -> 全部重建”选项,一次性编译并链接所有文件。

多文件编程时,只能有一个文件包含 main() 函数,因为一个工程只能有一个入口函数。我们把包含 main() 函数的文件称为主文件。

可以在其他 .c 文件中对函数进行定义,在 .h 中对函数进行声明,只要主文件包含进相应的头文件,就能使用这些函数。实际开发中,很少有简单到只有几十行代码的C语言项目,合理的组织代码和文件,是开发大中型项目的必备技能。

为了更好的组织各个文件,一般情况下一个 .c 文件对应一个 .h 文件,并且文件名要相同,例如 fun.c 和 fun.h。如果 fun.c 使用到了 fun.h 的宏定义、类型定义等,还需要在 fun.c 中 #include "fun.c"。

.c 文件主要包含各个函数的定义,.h 文件声明函数原型,向外暴露接口,供主文件调用。另外也可以在 .h 中包含宏定义、类型定义。

注意:.h 文件头文件中不能有可执行代码,也不能有变量定义,只能有宏、类型( typedef,struct,union,menu )定义和变量、函数的声明。

这倒不是说在 .h 中定义变量或函数会有语法错误,实际上#icnlude机制很简单,就是把#include所包含的文件中的内容直接复制到#include所在的位置并替换#include语句。但是这样做不符合模块化编程的惯例,也不利于文件的组织,不利于二次开发,不利于团队协作。

头文件要遵守幂等性原则,即可以多次包含相同的头文件,但效果与只包含一次相同。

可以使用下面的宏防止一个头文件被重复包含。       
#ifndef  MY_INCLUDE_H
#define MY_INCLUDE_H
//头文件内容 
#endif
如果该头文件已被包含,那么会定义宏 MY_INCLUDE_H,再次包含时,就不会对头文件内容进行编译了。

C语言头文件深入理解

C语言程序中,源文件通常分为两种:一种用于保存程序的声明(declaration),称为头文件;另一种用于保存程序的实现(implementation),称为定义(definition)文件。 C程序的头文件以“.h”为后缀,C 程序的定义文件以“.c”为后缀。

可以将 .h 文件的内容写在 .c 文件中,也可以将 .c 文件的内容写在 .h 中,但这是很不好的习惯。许多初学者用了头文件,却不明其理。在此略作说明。

在以下场景中会使用头文件:
  • 通过头文件来调用库功能。在很多场合,源代码不便(或不准)向用户公布,只要向用户提供头文件和二进制的库即可。用户只需要按照头文件中的接口声明来调用库功 能,而不必关心接口怎么实现的。
  • 多文件编译。将稍大的项目分成几个文件实现,通过头文件将其他文件的函数声明引入到当前文件。
  • 头文件能加强类型安全检查。如果某个接口被实现或被使用时,其方式与头文件中的声明不一致,编译器就会指出错误,这一简单的规则能大大减轻程序员调试、改错的负担。

编译时只有函数声明没有函数定义是完全正确的。函数声明告诉编译器该函数已经存在,但是入口地址还未确定,暂时在此做个标记,链接时编译器会找到函数入口地址,并将标记替换掉。

编译产生的 .obj 文件(Linux下为 .o 文件)已经是二进制文件,与 .exe 的组织形式类似,只是有些函数的入口地址还未找到,程序不能执行。链接的作用就是找到函数入口地址,将所有的源文件组织成一个可以执行的二进制文件。

关于头文件的内容,初学者还必须注意:
  • 头文件中可以和C程序一样引用其它头文件,可以写预处理块,但不要写具体的语句。
  • 可以申明函数,但不可以定义函数。
  • 可以申明常量,但不可以定义变量。
  • 可以“定义”一个宏函数。注意:宏函数很象函数,但却不是函数。其实还是一个申明。
  • 结构的定义、自定义数据类型一般也放在头文件中。
  • #include <filename.h>,编译系统会到环境指定的目录去引用。#include "filename.h",系统一般首先在当前目录查找,然后再去环境指定目录查找。

好的风格是成功的关键,版本申明、函数功能说明、注释等是C语言程序的一部分。不养成很好的习惯则不能成为C语言高手(专业人员)。

C标准库中,每一个库函数都在一个头文件中声明,可以通过 #include 预处理命令导入。

头文件只是声明,不占内存空间,编译时会被合并到源文件;要想知道它的具体实现,要看头文件所声明的函数是在哪个 .c 文件里定义的,然后查看源代码。

C标准库共包含 15 个头文件,可以分为 3 组,如何正确并熟练的使用它们,可以相应的可区分出 3 个层次的程序员:
  • 合格程序员:<stdio.h>、<ctype.h>、<stdlib.h>、<string.h>
  • 熟练程序员:<assert.h>、<limits.h>、<stddef.h>、<time.h>
  • 优秀程序员:<float.h>、<math.h>、<error.h>、<locale.h>、<setjmp.h>、<signal.h>、<stdarg.h>

各个头文件的具体内容请查看:C语言标准库

C语言头文件具有以下几个特性:
  • 幂等性。可以多次包含相同的标准头文件,但效果与只包含一次相同。
  • 相互独立。任何标准头文件的正常工作都不需要以包含其他标准头文件为前提。也没有任何标准头文件包含了其他标准头文件。
  • 和文件级别的声明等同。必须先把某标准头文件包含到你的程序中, 然后才能使用该头文件已定义或声明的东西。不能在声明中包含标准头文件。并且,也不能在包含标准头文件之前用宏定义去代替关键字。

等幂性是很容易实现的,对于大多数的头文件可以使用宏保护。例如,在 stdio.h 中可以有如下的宏定义:
#ifndef _STDIO_H
#define _STDIO_H
/* 主要实现部分 */
#endif

在C程序员中所达成的一个约定是:C源文件的开头部分要包含所有要用到的头文件。在 #include 指令之前只能有一句注释语句。引入的头文件可以按任意顺序排列。

如果我们自己编写的头文件可能会用到标准头文件中的定义或者声明,最好把标准头文件包含在自定义头文件的开头。这样,就不会在程序中忘记引入该标准头文件,也不会有顺序问题。这正是利用了头文件的等幂性。

注意一个约定,引入标准头文件用尖括号,引入自定义头文件用双引号,例如:
#include <stdio.h>
#include "myFile.h"

C语言库函数是头文件的最佳实践,仔细阅读各个头文件的内容,尤其是 stdio.h,能够学到很多东西。

在 VC6.0 中找到头文件

C标准头文件,例如 stdio.h、string.h 等在 VC6.0 的安装目录中是可以找到的。我的 VC6.0 安装在 C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\ 目录,那么 VC6.0 附带的所有头文件(包括但不限于标准头文件)都在 C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\VC98\Include\ 目录下。

如果忘记 VC6.0 的安装目录或者头文件不在安装目录下,可以通过以下方式找到:

1) 在工具栏中点击“工具”按钮

2) 在二级菜单中选择“选项”

3) 在弹出的对话框中选择“目录”标签

4) 然后选择名字为“目录”的下拉菜单中的“Include files”一项,如下图所示:


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