动态链接库（DLL）的创建和使用

时间：2021-03-03 22:02:53

最近想做个记录日志的C++库，方便后续使用。想着使用动态库，正好没用过，学习下。概念这里不赘述。学习过程中碰到的几点，记录下来。学习是个渐进的过程，本文也是一个逐渐完善的过程。

一、Static Library

标准Turbo 2.0中的C函数库（scanf、pringf、memcpy等）来自静态库。创建方法很简单，建立win32 application工程，选择static library，添加变量、方法和类等就可以了。使用的方法如下：

#include "../LogBuilderSL/LogBuilder.h"

#pragma comment(lib, "../Debug/LogBuilderSL.lib")

之后便可以像C库函数一样正常使用了。

  1. \#pragma comment(lib, "../Debug/LogBuilderSL.lib")表明，本工程与静态库(参数指定的路径下的*.lib)一起编译。

  2. 或者将该lib添加到【Project Property】-->【Linker】-->【Input】下的Additional Dependencies中，添加的方式为全路径，如：“C:\Users\ SAMSUNG-PC\ Desktop\ C S\ LogBuilderSL\ Debug\ LogBuilderSL.lib”。

  3. 再或者将.lib放置到Library Directories下（或者在其中添加.lib路径），在上面的【Input】中添加LogBuilderSL.lib。

二、Dynamic Link Library

对于DLL，VC支持的有三类：No-MFC DLL、MFC Regular DLL和MFC Extension DLL。

  • No-MFC DLL：导出函数为标准的C接口（extern "C"）；
  • MFC Regular DLL：包含一个继承自CWinApp的类，无消息循环；
  • MFC Extension DLL：采用MFC动态链接版本创建，只用于MFC类库的应用程序。

1、No-MFC DLL

动态链接库通过导出函数对外提供的接口，有两种导出函数的方法：a、通过模块定义（.ref）文件声明；b、通过关键字__declspec(dllexport)声明导出函数。这里仅讨论第二种方式，模块定义文件的方式请自行查阅。

给出简单的DLL创建方法，头文件声明了类LogBuilder和两个导出函数，其中CreateLogBuilder()函数为C风格函数。CPP文件照常定义即可。

<LogBuilderDL.h>

class LogBuilder{ ... };

extern "C" __declspec(dllexport) LogBuilder* CreateLogBuilder(string path);

__declspec(dllexport) void DeleteLogBuilder(LogBuilder *lpLogBuilder);

1）显示（动态）加载该DLL

<Main.cpp>

#include "../LogBuilderDL/LogBuilder.h"

typedef LogBuilder*(*CreatorByPath)(string);	// 宏定义函数指针类型

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

	HINSTANCE hDll;			// DLL句柄

	CreatorByPath creator;	// 函数指针

	hDll = LoadLibrary(L"..\\Debug\\LogBuilderDL.dll");

	if (hDll != NULL)

	{

		creator = (CreatorByPath)GetProcAddress(hDll, "CreateLogBuilder");

		if (creator != NULL)

		{

			LogBuilder* log = creator("log.log");

			log->WriteLog("Liwuqingxin", true);

		}

		FreeLibrary(hDll);

	}

	getchar();

	return 0;

}
  • 首先，加载DLL；
  • 然后，获取了CreateLogBuilder()函数的地址；
  • 最后，通过函数地址调用该函数。

这里需要注意两点。

其一，以上DLL间接导出了C++类，这里通过C风格函数封装类的获取过程，获取到类的实例后可正常使用该类，但类的静态成员（需要使用域作用符访问的成员）便无法导出。另外可直接导出C++类，第三点深入讨论。当需要使用DLL中的类型、宏定义或者变量时，需要包含该DLL的头文件（显式（动态）调用时，仅仅使用函数时并不需要）。

其二，CreateLogBuilder()为C风格函数。如果不声明为extern "C"，该函数被C编译器编译后在符号库中的名字为"CreateLogBuilder"，而C++编译器则会产生名称为"?CreateLogBuilder@@YAPAVLogBuilder@@V?\(basic_string@DU?\)char_traits@D@std@@V?$allocator@D@2@@std@@@Z"之类的外部链接符号（不同的编译器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的机制，生成的新名字称为“mangled name”）[参考：http://www.jianshu.com/p/5d2eeeb93590]。显示（动态）加载DLL时，GetProcAddress()函数需要通过上述真实的外部链接符号名称去获取函数地址，隐式（静态）加载没有影响。因此，导出函数应使用extern "C"声明为C风格函数更加合适（对加载方式没有要求）。

其三，导出C++类：在class关键字与类名中间添加导出声明（这里需要使用宏代替__declspec(dllexport)，因为在调用DLL时需要声明导入类，直接使用该声明则DLL用户需要另外定义.h文件）。这样，DLL用户可直接使用该类。但是静态成员需要额外声明为导出。如下：

<LogBuilder.cpp>

API_DECLSPEC int LogBuilder::s = 0;

API_DECLSPEC int LogBuilder::fun()

{

	return 0;

}

并且在用户使用时需要加上导入lib的声明：

<Main.cpp>

...

#pragma comment(lib, "../Debug/LogBuilderDL.lib")	// 使用类的静态成员时需要

...

所谓的显示（动态）加载，是通过windows API函数加载DLL，并获取需要的函数地址，这个工作由API完成。而在客户程序中直接使用类的静态成员，编译会报无法解析外部符号的错，因为编译器无法找到这些符号（未调用API），那么我们只能自己显示加载.lib文件，并在DLL中声明导出静态成员。更深入理解为，我们还可以直接将“?fun@LogBuilder@@SAHXZ”传递给GetProcAddress()函数获取静态成员的地址，这样也能不加载.lib直接使用。

2）隐式（静态）加载DLL

<Main.cpp>

#include "../LogBuilderDL/LogBuilder.h"

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

extern "C" __declspec(dllimport) LogBuilder* CreateLogBuilder(std::string path);

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

	LogBuilder *log = CreateLogBuilder("log.log");

	if (log != NULL)

		log->WriteLog("Liwuqingxin<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">", true);

	getchar();

	return 0;

}
  • 首先，包含DLL的头文件；
  • 然后，告诉编译器.lib文件的路径（方式和1中的静态库方法一致）；
  • 再次，声明导入函数，对应于DLL导出函数；
  • 最后，可以直接像正常函数一样使用了。

需要注意几点。

其一，CreateLogBuilder()为导出函数，可以用来创建类的对象。若使用导出类（前面有提到），还可以直接实例化该类（但是不推荐，会导致DLL HELL，后面详述）。

其二，全局变量需要声明导出，否则客户程序包含头文件后使用的全局变量和DLL的中的全局变量将是两份副本！

其三，extern "C" __declspec(dllimport) LogBuilder* CreateLogBuilder(std::string path);这句声明没有似乎也可以调用该函数[参见：http://bbs.csdn.net/topics/330169671 ]。总结一下这里查阅资料的收获：

前文中，使用__declspec(dllexport)声明导出函数，这个方法没错，但是代码的写法有些问题。明确一下：一个DLL创建后，需要提供给使用者的有三个文件：.h、.lib、.dll。DLL创建者和使用者共用.h文件，但需求不一样：创建者需要声明函数为__declspec(dllexport)；使用者需要声明函数为__declspec(dllimport)。因此，出于维护性和规范性考虑，使用预编译宏和宏定义区分.h文件的包含者：DLL自身加入预编译宏*_EXPORTING。否则，假如一个DLLA调用另一个DLLB而包含其头文件时，将会使用__declspec(dllexport)而错误地将DLLB中导入的函数作为DLLA的函数导出了。（如此，Main.cpp中应该不用再加入extern "C" __declspec(dllimport) LogBuilder* CreateLogBuilder(std::string path);语句了）代码如下：

#ifdef HFILENAME_EXPORTING

#define API_DECLSPEC    __declspec(dllexport)

#else

#define API_DECLSPEC    __declspec(dllimport)

#endif

使用DLL时，__declspec(dllimport)声明编译时明确函数为从DLL导入的外部函数，不需要间接寻址，效率更高

3）DLL HELL

bz刚开始学习DLL相关，这里参考：DLL导出类。总结一下。[参考：http://m.blog.csdn.net/blog/guyue35/16996713]

1、DLL和客户程序是分开编译的，这会导致某些编译时确定的内容在DLL中修改无法更新到客户程序（除非你重新编译客户程序，这不现实）。以下情况会导致错误：

  • 应用程序直接访问类的公有变量，而该公有变量在新DLL中定义的位置发生了变化；
  • 应用程序调用类的一个虚函数，而新的类中，该虚函数的前面又增加了一个虚函数；
  • 新类的后面增加了成员变量，并且新类的成员函数将访问、修改这些变量；
  • 修改了新类的基类，基类的大小发生了变化；
  • 其他编译时确定的内容，如C的常量（C++新特性常量为运行时确定），宏等。

2、导出类的大小、成员的位置等的改变无法通知到客户程序，要想做一个可升级的DLL，以下三点用来使DLL远离地狱：

不直接生成类的实例。对于类的大小，当我们定义一个类的实例，或使用new语句生成一个实例时，内存的大小是在编译时决定的。要使应用程序不依赖于类的大小，只有一个办法：应用程序不生成类的实例，使用DLL中的函数来生成。把导出类的构造函数定义为私有的(privated)，在导出类中提供静态(static)成员函数(如NewInstance())（静态成员函数能够用类名直接调用，而一般的成员函数要使用类对象来调用，这样只有先声明对象才能调用一般成员函数，此处要先用函数来构造类对象，故为静态的）用来生成类的实例。因为NewInstance()函数在新的DLL中会被重新编译，所以总能返回大小正确的实例内存。

不直接访问成员变量。应用程序直接访问类的成员变量时会用到该变量的偏移地址。所以避免偏移地址依赖的办法就是不要直接访问成员变量。把所有的成员变量的访问控制都定义为保护型(protected)以上的级别，并为需要访问的成员变量定义Get或Set方法。Get或Set方法在编译新DLL时会被重新编译，所以总能访问到正确的变量位置。

忘了虚函数吧，就算有也不要让应用程序直接访问它。因为类的构造函数已经是私有(privated)的了，所以应用程序也不会去继承这个类，也不会实现自己的多态。如果导出类的父类中有虚函数，或设计需要（如类工场之类的框架），一定要把这些函数声明为保护的(protected)以上的级别，并为应用程序重新设计调用该虑函数的成员函数。这一点也类似于对成员变量的处理。

事实上，建议你在发布导出类的DLL的时候，重新定义一个类的声明，这个声明可以不管原来的类里的成员变量之类的，只把接口函数列在类的声明里。

[主要参考：《VC++动态链接库(DLL)编程》 系列，作者：宋宝华，http://21cnbao.blog.51cto.com/109393/120777。

PS：本文参考了很多优秀的博客、论坛等，感谢这些大虾们的总结。在参考的地方基本上给出了原文链接。本文在此基础上进行了实验验证并做了一些整理和总结。

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