在Visual Studio中用C++語言創建DLL動態鏈接庫圖文教程

2020-01-26 15:17:38

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供稿：網友

什么是DLL（動態鏈接庫）？

DLL是一個包含可由多個程序同時使用的代碼和數據的庫。例如：在Windows操作系統中，Comdlg32 DLL執行與對話框有關的常見函數。因此，每個程序都可以使用該DLL中包含的功能來實現“打開”對話框。這有助于促進代碼重用和內存的有效使用。這篇文章的目的就是讓你一次性就能了解和掌握DLL。

為什么要使用DLL（動態鏈接庫）？

代碼復用是提高軟件開發效率的重要途徑。一般而言，只要某部分代碼具有通用性，就可以將它構造成相對獨立的功能模塊并在之后的項目中重復使用。比較常見的例子是各種應用程序框架，它們都以源代碼的形式發布。由于這種復用是源代碼級別的，源代碼完全暴露給了程序員，因而稱之為“白盒復用”。白盒復用有以下三個缺點：

1.暴露源代碼，多份拷貝，造成存儲浪費；
2.容易與程序員的本地代碼發生命名沖突；
3.更新模塊功能比較困難，不利于問題的模塊化實現；

為了彌補這些不足，就提出了“二進制級別”的代碼復用了。使用二進制級別的代碼復用一定程度上隱藏了源代碼，對于“黑盒復用”的途徑不只DLL一種，靜態鏈接庫，甚至更高級的COM組件都是。

使用DLL主要有以下優點：

1.使用較少的資源；當多個程序使用同一函數庫時，DLL可以減少在磁盤和物理內存中加載的代碼的重復量。這不僅可以大大影響在前臺運行的程序，而且可以大大影響其它在Windows操作系統上運行的程序；
2.推廣模塊式體系結構；
3.簡化部署與安裝。

創建DLL

打開Visual Studio 2012，創建如下圖的工程：

輸入工程名字，單擊[OK]；

單擊[Finish]，工程創建完畢了。

現在，我們就可以在工程中加入我們的代碼了。加入MyCode.h和MyCode.cpp兩個文件；在MyCode.h中輸入以下代碼：

復制代碼代碼如下:

#ifndef _MYCODE_H_
#define _MYCODE_H_
#ifdef DLLDEMO1_EXPORTS
#define EXPORTS_DEMO _declspec( dllexport )
#else
#define EXPORTS_DEMO _declspec(dllimport)
#endif
extern "C" EXPORTS_DEMO int Add (int a , int b);
#endif

在MyCode.cpp中輸入以下代碼：

復制代碼代碼如下:

#include "stdafx.h"
#include "MyCode.h"
int Add ( int a , int b )
{
       return ( a + b );
}

編譯工程，就會生成DLLDemo1.dll文件。在代碼中，很多細節的地方，我稍后進行詳細的講解（工程下載）。

使用DLL

當我們的程序需要使用DLL時，就需要去加載DLL，在程序中加載DLL有兩種方法，分別為加載時動態鏈接和運行時動態鏈接。

1.在加載時動態鏈接中，應用程序像調用本地函數一樣對導出的DLL函數進行顯示調用。要使用加載時動態鏈接，需要在編譯和鏈接應用程序時提供頭文件和導入庫文件(.lib)。當這樣做的時候，鏈接器將向系統提供加載DLL所需的信息，并在加載時解析導出的DLL函數的位置；

2.在運行時動態鏈接中，應用程序調用LoadLibrary函數或LoadLibraryEx函數以在運行時加載DLL。成功加載DLL后，可以使用GetProcAddress函數獲得要調用的導出的DLL函數的地址。在使用運行時動態鏈接時，不需要使用導入庫文件。

在實際編程時有兩種使用DLL的方法，那么到底應該使用那一種呢？在實際開發時，是基于以下幾點進行考慮的：

1.啟動性能如果應用程序的初始啟動性能很重要，則應使用運行時動態鏈接；
2.易用性在加載時動態鏈接中，導出的DLL函數類似于本地函數，我們可以方便地進行這些函數的調用；
3.應用程序邏輯在運行時動態鏈接中，應用程序可以分支，以便按照需要加載不同的模塊。

下面，我將分別使用兩種方法調用DLL動態鏈接庫。

加載時動態鏈接：

復制代碼代碼如下:

#include <windows.h>
#include <iostream>
//#include "..//DLLDemo1//MyCode.h"
using namespace std;
#pragma comment(lib, "..//debug//DLLDemo1.lib")
extern "C" _declspec(dllimport) int Add(int a, int b);
int main(int argc, char *argv[])
{
      cout<<Add(2, 3)<<endl;
      return 0;
}

運行時動態鏈接：

復制代碼代碼如下:

#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int (*AddFunc)(int a, int b);
int main(int argc, char *argv[])
{
      HMODULE hDll = LoadLibrary("DLLDemo1.dll");
      if (hDll != NULL)
      {
            AddFunc add = (AddFunc)GetProcAddress(hDll, "Add");
            if (add != NULL)
            {
                  cout<<add(2, 3)<<endl;
            }
            FreeLibrary(hDll);
      }
}

上述代碼都在DLLDemo1工程中。（工程下載）。

DllMain函數

Windows在加載DLL時，需要一個入口函數，就像控制臺程序需要main函數一樣。有的時候，DLL并沒有提供DllMain函數，應用程序也能成功引用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默認DllMain函數版本，并不意味著DLL可以拋棄DllMain函數。

根據編寫規范，Windows必須查找并執行DLL里的DllMain函數作為加載DLL的依據，它使得DLL得以保留在內存里。這個函數并不屬于導出函數，而是DLL的內部函數，這就說明不能在客戶端直接調用DllMain函數，DllMain函數是自動被調用的。

DllMain函數在DLL被加載和卸載時被調用，在單個線程啟動和終止時，DllMain函數也被調用。參數ul_reason_for_call指明了調用DllMain的原因，有以下四種情況：

DLL_PROCESS_ATTACH:當一個DLL被首次載入進程地址空間時，系統會調用該DLL的DllMain函數，傳遞的ul_reason_for_call參數值為DLL_PROCESS_ATTACH。這種情況只有首次映射DLL時才發生；

DLL_THREAD_ATTACH:該通知告訴所有的DLL執行線程的初始化。當進程創建一個新的線程時，系統會查看進程地址空間中所有的DLL文件映射，之后用DLL_THREAD_ATTACH來調用DLL中的DllMain函數。要注意的是，系統不會為進程的主線程使用值DLL_THREAD_ATTACH來調用DLL中的DllMain函數；

DLL_PROCESS_DETACH:當DLL從進程的地址空間解除映射時，參數ul_reason_for_call參數值為DLL_PROCESS_DETACH。當DLL處理DLL_PROCESS_DETACH時，DLL應該處理與進程相關的清理操作。如果進程的終結是因為系統中有某個線程調用了TerminateProcess來終結的，那么系統就不會用DLL_PROCESS_DETACH來調用DLL中的DllMain函數來執行進程的清理工作。這樣就會造成數據丟失；

DLL_THREAD_DETACH:該通知告訴所有的DLL執行線程的清理工作。注意的是如果線程的終結是使用TerminateThread來完成的，那么系統將不會使用值DLL_THREAD_DETACH來執行線程的清理工作，這也就是說可能會造成數據丟失，所以不要使用TerminateThread來終結線程。以上所有講解在工程DLLMainDemo（工程下載）都有體現。

函數導出方式

在DLL的創建過程中，我使用的是_declspec( dllexport )方式導出函數的，其實還有另一種導出函數的方式，那就是使用導出文件(.def)。你可以在DLL工程中，添加一個Module-Definition File(.def)文件。.def文件為鏈接器提供了有關被鏈接器程序的導出、屬性及其它方面的信息。

對于上面的例子，.def可以是這樣的：

復制代碼代碼如下:

LIBRARY     "DLLDemo2"
EXPORTS
Add @ 1 ;Export the Add function

Module-Definition File(.def)文件的格式如下：

1.LIBRARY語句說明.def文件對應的DLL；
2.EXPORTS語句后列出要導出函數的名稱?？梢栽?def文件中的導出函數名后加@n，表示要導出函數的序號為n（在進行函數調用時，這個序號有一定的作用）。

使用def文件，生成了DLL，客戶端調用代碼如下：

復制代碼代碼如下:

#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int (*AddFunc)(int a, int b);
int main(int argc, char *argv[])
{
      HMODULE hDll = LoadLibrary("DLLDemo2.dll");
      if (hDll != NULL)
      {
            AddFunc add = (AddFunc)GetProcAddress(hDll, MAKEINTRESOURCE(1));
            if (add != NULL)
            {
                  cout<<add(2, 3)<<endl;
            }
            FreeLibrary(hDll);
      }
}

可以看到，在調用GetProcAddress函數時，傳入的第二個參數是MAKEINTRESOURCE(1)，這里面的1就是def文件中對應函數的序號。（工程下載）

extern “C”

為什么要使用extern “C”呢？C++之父在設計C++時，考慮到當時已經存在了大量的C代碼，為了支持原來的C代碼和已經寫好的C庫，需要在C++中盡可能的支持C，而extern “C”就是其中的一個策略。在聲明函數時，注意到我也使用了extern “C”，這里要詳細的說說extern “C”。

extern “C”包含兩層含義，首先是它修飾的目標是”extern”的；其次，被它修飾的目標才是”C”的。先來說說extern；在C/C++中，extern用來表明函數和變量作用范圍（可見性）的關鍵字，這個關鍵字告訴編譯器，它申明的函數和變量可以在本模塊或其它模塊中使用。extern的作用總結起來就是以下幾點：

1.在一個文件內，如果外部變量不在文件的開頭定義，其有效范圍只限定在從定義開始到文件的結束處。如果在定義前需要引用該變量，則要在引用之前用關鍵字”extern”對該變量做”外部變量聲明”，表示該變量是一個已經定義的外部變量。有了這個聲明，就可以從聲明處起合理地使用該變量了，例如：

復制代碼代碼如下:

/*
** FileName     : Extern Demo
** Author       : Jelly Young
** Date         : 2013/11/18
** Description  : More information
*/
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
      extern int a;
      cout<<a<<endl;
}
int a = 100;

2.在多文件的程序中，如果多個文件都要使用同一個外部變量，不能在各個文件中各定義一個外部變量，否則會出現“重復定義”的錯誤。正確的做法是在任意一個文件中定義外部變量，其它文件用extern對變量做“外部變量聲明”。在編譯和鏈接時，系統會知道該變量是一個已經在別處定義的外部變量，并把另一文件中外部變量的作用域擴展到本文件，這樣在本文件就可以合法地使用該外部變量了。寫過MFC程序的人都知道，在在CXXXApp類的頭文件中，就使用extern聲明了一個該類的變量，而該變量的實際定義是在CXXXApp類的實現文件中完成的；

3.外部函數，在定義函數時，如果在最左端加關鍵字extern，表示此函數是外部函數。C語言規定，如果在定義時省略extern，則隱含為外部函數。而內部函數必須在前面加static關鍵字。在需要調用此函數的文件中，用extern對函數作聲明，表明該函數是在其它文件中定義的外部函數。

接著說”C”的含義。我們都知道C++通過函數參數的不同類型支持重載機制，編譯器根據參數為每個重載函數產生不同的內部標識符；但是，如果遇到了C++程序要調用已經被編譯后的C函數，那該怎么辦呢？比如上面的int Add ( int a , int b )函數。該函數被C編譯器后在庫中的名字為_Add，而C++編譯器則會生成像_Add_int_int之類的名字用來支持函數重載和類型安全。由于編譯后的名字不同，C++程序不能直接調用C函數，所以C++提供了一個C連接交換指定符號extern “C”來解決這個問題；所以，在上面的DLL中，Add函數的聲明格式為：extern “C” EXPORTS_DEMO int Add (int a , int b)。這樣就告訴了C++編譯器，函數Add是個C連接的函數，應該到庫中找名字_Add，而不是找_Add_int_int。當我們將上面DLL中的”C”去掉，編譯生成新的DLL，使用Dependency Walker工具查看該DLL，如圖：

請注意導出方式為C++，而且導出的Add函數的名字添加了很多的東西，當使用這種方式導出時，客戶端調用時，代碼就是下面這樣：

復制代碼代碼如下:

#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int (*AddFunc)(int a, int b);
int main(int argc, char *argv[])
{
     HMODULE hDll = LoadLibrary("DLLDemo1.dll");
     if (hDll != NULL)
     {
          AddFunc add = (AddFunc)GetProcAddress(hDll, "?Add@@YAHHH@Z");
          if (add != NULL)
          {
               cout<<add(2, 3)<<endl;
          }
          FreeLibrary(hDll);
     }
}