Работа с библиотеками динамической компоновки (DLL) Ernest Avagyan
12. Работа с библиотеками динамической компоновки (DLL)
- Библиотеки импортирования
- Согласование интерфейсов
- Загрузка неявно подключаемой DLL
- Динамическая загрузка и выгрузка DLL
- Пример обычной DLL и способов загрузки
- Функция DllMain
- Экспортирование функций из DLL
- Экспортирование классов
- Память DLL
- Полная компиляция DLL
- Обычные MFC DLL
- Динамические расширения MFC
- Загрузка динамических расширений MFC
- Экспортирование функций из динамических расширений
С самого рождения (или чуть позже) операционная система Windows использовала библиотеки динамической компоновки DLL (Dynamic Link Library), в которых содержались реализации наиболее часто применяемых функций. Наследники Windows — NT и Windows 95, а также OS/2 — тоже зависят от библиотек DLL в плане обеспечения значительной части их функциональных возможностей.
Рассмотрим ряд аспектов создания и использования библиотек DLL:
Использование DLL
Практически невозможно создать приложение Windows, в котором не использовались бы библиотеки DLL. В DLL содержатся все функции Win32 API и несчетное количество других функций операционных систем Win32.
Вообще говоря, DLL — это просто наборы функций, собранные в библиотеки. Однако, в отличие от своих статических родственников (файлов . lib), библиотеки DLL не присоединены непосредственно к выполняемым файлам с помощью редактора связей. В выполняемый файл занесена только информация об их местонахождении. В момент выполнения программы загружается вся библиотека целиком. Благодаря этому разные процессы могут пользоваться совместно одними и теми же библиотеками, находящимися в памяти. Такой подход позволяет сократить объем памяти, необходимый для нескольких приложений, использующих много общих библиотек, а также контролировать размеры ЕХЕ-файлов.
Однако, если библиотека используется только одним приложением, лучше сделать ее обычной, статической.
Конечно, если входящие в ее состав функции будут использоваться только в одной программе, можно просто вставить в нее соответствующий файл с исходным текстом.
Чаще всего проект подключается к DLL статически, или неявно, на этапе компоновки. Загрузкой DLL при выполнении программы управляет операционная система. Однако, DLL можно загрузить и явно, или динамически, в ходе работы приложения.
Библиотеки импортирования
При статическом подключении DLL имя .lib-файла определяется среди прочих параметров редактора связей в командной строке или на вкладке “Link” диалогового окна “Project Settings” среды Developer Studio. Однако .lib-файл, используемый при неявном подключении DLL, — это не обычная статическая библиотека. Такие .lib-файлы называются библиотеками импортирования (import libraries). В них содержится не сам код библиотеки, а только ссылки на все функции, экспортируемые из файла DLL, в котором все и хранится. В результате библиотеки импортирования, как правило, имеют меньший размер, чем DLL-файлы. К способам их создания вернемся позднее. А сейчас рассмотрим другие вопросы, касающиеся неявного подключения динамических библиотек.
Согласование интерфейсов
При использовании собственных библиотек или библиотек независимых разработчиков придется обратить внимание на согласование вызова функции с ее прототипом.
Если бы мир был совершенен, то программистам не пришлось бы беспокоиться о согласовании интерфейсов функций при подключении библиотек — все они были бы одинаковыми. Однако мир далек от совершенства, и многие большие программы написаны с помощью различных библиотек без C++.
По умолчанию в Visual C++ интерфейсы функций согласуются по правилам C++. Это значит, что параметры заносятся в стек справа налево, вызывающая программа отвечает за их удаление из стека при выходе из функции и расширении ее имени. Расширение имен (name mangling) позволяет редактору связей различать перегруженные функции, т.е. функции с одинаковыми именами, но разными списками аргументов. Однако в старой библиотеке С функции с расширенными именами отсутствуют.
Хотя все остальные правила вызова функции в С идентичны правилам вызова функции в C++, в библиотеках С имена функций не расширяются. К ним только добавляется впереди символ подчеркивания (_).
Если необходимо подключить библиотеку на С к приложению на C++, все функции из этой библиотеки придется объявить как внешние в формате С:
extern "С" int MyOldCFunction(int myParam);
Объявления функций библиотеки обычно помещаются в файле заголовка этой библиотеки, хотя заголовки большинства библиотек С не рассчитаны на применение в проектах на C++. В этом случае необходимо создать копию файла заголовка и включить в нее модификатор extern "C" к объявлению всех используемых функций библиотеки. Модификатор extern "C" можно применить и к целому блоку, к которому с помощью директивы #tinclude подключен файл старого заголовка С. Таким образом, вместо модификации каждой функции в отдельности можно обойтись всего тремя строками:
extern "С" { #include "MyCLib.h" }
В программах для старых версий Windows использовались также соглашения о вызове функций языка PASCAL для функций Windows API. В новых программах следует использовать модификатор winapi, преобразуемый в _stdcall. Хотя это и не стандартный интерфейс функций С или C++, но именно он используется для обращений к функциям Windows API. Однако обычно все это уже учтено в стандартных заголовках Windows.
Загрузка неявно подключаемой DLL
При запуске приложение пытается найти все файлы DLL, неявно подключенные к приложению, и поместить их в область оперативной памяти, занимаемую данным процессом. Поиск файлов DLL операционной системой осуществляется в следующей последовательности.
Если библиотека DLL не обнаружена, приложение выводит диалоговое окно с сообщением о ее отсутствии и путях, по которым осуществлялся поиск. Затем процесс отключается.
Если нужная библиотека найдена, она помещается в оперативную память процесса, где и остается до его окончания.
Теперь приложение может обращаться к функциям, содержащимся в DLL.
Динамическая загрузка и выгрузка DLL
Вместо того, чтобы Windows выполняла динамическое связывание с DLL при первой загрузке приложения в оперативную память, можно связать программу с модулем библиотеки во время выполнения программы (при таком способе в процессе создания приложения не нужно использовать библиотеку импорта). В частности, можно определить, какая из библиотек DLL доступна пользователю, или разрешить пользователю выбрать, какая из библиотек будет загружаться. Таким образом можно использовать разные DLL, в которых реализованы одни и те же функции, выполняющие различные действия. Например, приложение, предназначенное для независимой передачи данных, сможет в ходе выполнения принять решение, загружать ли DLL для протокола TCP/IP или для другого протокола.
Загрузка обычной DLL
Первое, что необходимо сделать при динамической загрузке DLL, - это поместить модуль библиотеки в память процесса. Данная операция выполняется с помощью функции ::LoadLibrary, имеющей единственный аргумент – имя загружаемого модуля. Соответствующий фрагмент программы должен выглядеть так:
HINSTANCE hMyDll; …… if((hMyDll=::LoadLibrary(“MyDLL”))==NULL) { /* не удалось загрузить DLL */ } else { /* приложение имеет право пользоваться функциями DLL через hMyDll */ }
Стандартным расширением файла библиотеки Windows считает .dll, если не указать другое расширение. Если в имени файла указан и путь, то только он будет использоваться для поиска файла. В противном случае Windows будет искать файл по той же схеме, что и в случае неявно подключенных DLL, начиная с каталога, из которого загружается exe-файл, и продолжая в соответствии со значением PATH.
Когда Windows обнаружит файл, его полный путь будет сравнен с путем библиотек DLL, уже загруженных данным процессом. Если обнаружится тождество, вместо загрузки копии приложения возвращвется дескриптор уже подключенной библиотеки.
Если файл обнаружен и библиотека успешно загрузилась, функция ::LoadLibrary возвращает ее дескриптор, который используется для доступа к функциям библиотеки.
Перед тем, как использовать функции библиотеки, необходимо получить их адрес. Для этого сначала следует воспользоваться директивой typedef для определения типа указателя на функцию и определить переменую этого нового типа, например:
// тип PFN_MyFunction будет объявлять указатель на функцию, // принимающую указатель на символьный буфер и выдающую значение типа int typedef int (WINAPI *PFN_MyFunction)(char *); …… PFN_MyFunction pfnMyFunction;
Затем следует получить дескриптор библиотеки, при помощи которого и определить адреса функций, например адрес фунции с именем MyFunction:
hMyDll=::LoadLibrary(“MyDLL”); pfnMyFunction=(PFN_MyFunction)::GetProcAddress(hMyDll,”MyFunction”); …… int iCode=(*pfnMyFunction)(“Hello”);
Адрес функции определяется при помощи функции ::GetProcAddress, ей следует передать имя библиотеки и имя функции. Последнее должно передаваться в том виде, в котором эксаортируется из DLL.
Можно также сослаться на функцию по порядковому номеру, по которому она экспортируется (при этом для создания библиотеки должен использоваться def-файл, об этом будет рассказано далее):
pfnMyFunction=(PFN_MyFunction)::GetProcAddress(hMyDll, MAKEINTRESOURCE(1));
После завершения работы с библиотекой динамической компоновки, ее можно выгрузить из памяти процесса с помощью функции ::FreeLibrary:
::FreeLibrary(hMyDll);
Загрузка MFC-расширений динамических библиотек
При загрузке MFC-расширений для DLL (подробно о которых рассказывается далее) вместо функций LoadLibraryи FreeLibrary используются функции AfxLoadLibrary и AfxFreeLibrary. Последние почти идентичны функциям Win32 API. Они лишь гарантируют дополнительно, что структуры MFC, инициализированные расширением DLL, не были запорчены другими потоками.
Ресурсы DLL
Динамическая загрузка применима и к ресурсам DLL, используемым MFC для загрузки стандартных ресурсов приложения. Для этого сначала необходимо вызвать функцию LoadLibrary и разместить DLL в памяти. Затем с помощью функции AfxSetResourceHandle нужно подготовить окно программы к приему ресурсов из вновь загруженной библиотеки.В противном случае ресурсы будут загружаться из файлов, подключенных к выполняемому файлу процесса. Такой подход удобен, если нужно использовать различные наборы ресурсов, например для разных языков.
Замечание. С помощью функции LoadLibrary можно также загружать в память исполняемые файлы (не запускать их на выполнение!). Дескриптор выполняемого модуля может затем использоваться при обращении к функциям FindResource и LoadResource для поиска и загрузки ресурсов приложения.
