在Visual Studio中使用C++创建和使用DLL

【什么是DLL（动态链接库）？】

DLL是一个包含可由多个程序同时使用的代码和数据的库。例如：在Windows操作系统中，Comdlg32 DLL执行与对话框有关的常见函数。因此，每个程序都可以使用该DLL中包含的功能来实现“打开”对话框。这有助于促进代码重用和内存的有效使用。这篇文章的目的就是让你一次性就能了解和掌握DLL。

【为什么要使用DLL（动态链接库）？】

代码复用是提高软件开发效率的重要途径。一般而言，只要某部分代码具有通用性，就可以将它构造成相对独立的功能模块并在之后的项目中重复使用。比较常见的例子是各种应用程序框架，它们都以源代码的形式发布。由于这种复用是源代码级别的，源代码完全暴露给了程序员，因而称之为“白盒复用”。白盒复用有以下三个缺点：

1. 暴露源代码，多份拷贝，造成存储浪费；
2. 容易与程序员的本地代码发生命名冲突；
3. 更新模块功能比较困难，不利于问题的模块化实现；

为了弥补这些不足，就提出了“二进制级别”的代码复用了。使用二进制级别的代码复用一定程度上隐藏了源代码，对于“黑盒复用”的途径不只DLL一种，静态链接库，甚至更高级的COM组件都是。

使用DLL主要有以下优点：

1. 使用较少的资源；当多个程序使用同一函数库时，DLL可以减少在磁盘和物理内存中加载的代码的重复量。这不仅可以大大影响在前台运行的程序，而且可以大大影响其它在Windows操作系统上运行的程序；
2. 推广模块式体系结构；
3. 简化部署与安装。

【创建DLL】

打开Visual Studio 2012，创建如下图的工程：

 输入工程名字，单击[OK]；

单击[Finish]，工程创建完毕了。

现在，我们就可以在工程中加入我们的代码了。加入MyCode.h和MyCode.cpp两个文件；在MyCode.h中输入以下代码：

#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中输入以下代码：

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

编译工程，就会生成DLLDemo1.dll文件。在代码中，很多细节的地方，我稍后进行详细的讲解（工程下载）。

【使用DLL】

当我们的程序需要使用DLL时，就需要去加载DLL，在程序中加载DLL有两种方法，分别为加载时动态链接和运行时动态链接。

1. 在加载时动态链接中，应用程序像调用本地函数一样对导出的DLL函数进行显示调用。要使用加载时动态链接，需要在编译和链接应用程序时提供头文件和导入库文件(.lib)。当这样做的时候，链接器将向系统提供加载DLL所需的信息，并在加载时解析导出的DLL函数的位置；
2. 在运行时动态链接中，应用程序调用LoadLibrary函数或LoadLibraryEx函数以在运行时加载DLL。成功加载DLL后，可以使用GetProcAddress函数获得要调用的导出的DLL函数的地址。在使用运行时动态链接时，不需要使用导入库文件。

在实际编程时有两种使用DLL的方法，那么到底应该使用那一种呢？在实际开发时，是基于以下几点进行考虑的：

1. 启动性能如果应用程序的初始启动性能很重要，则应使用运行时动态链接；
2. 易用性在加载时动态链接中，导出的DLL函数类似于本地函数，我们可以方便地进行这些函数的调用；
3. 应用程序逻辑在运行时动态链接中，应用程序可以分支，以便按照需要加载不同的模块。

下面，我将分别使用两种方法调用DLL动态链接库。

加载时动态链接：

#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;
}

运行时动态链接：

#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);
      }
}

上述代码都在DLLDemo1工程中。（工程下载）。

【DllMain函数】

Windows在加载DLL时，需要一个入口函数，就像控制台程序需要main函数一样。有的时候，DLL并没有提供DllMain函数，应用程序也能成功引用DLL，这是因为Windows在找不到DllMain的时候，系统会从其它运行库中引入一个不做任何操作的默认DllMain函数版本，并不意味着DLL可以抛弃DllMain函数。

根据编写规范，Windows必须查找并执行DLL里的DllMain函数作为加载DLL的依据，它使得DLL得以保留在内存里。这个函数并不属于导出函数，而是DLL的内部函数，这就说明不能在客户端直接调用DllMain函数，DllMain函数是自动被调用的。

DllMain函数在DLL被加载和卸载时被调用，在单个线程启动和终止时，DllMain函数也被调用。参数ul_reason_for_call指明了调用DllMain的原因，有以下四种情况：

DLL_PROCESS_ATTACH:当一个DLL被首次载入进程地址空间时，系统会调用该DLL的DllMain函数，传递的ul_reason_for_call参数值为DLL_PROCESS_ATTACH。这种情况只有首次映射DLL时才发生；

DLL_THREAD_ATTACH:该通知告诉所有的DLL执行线程的初始化。当进程创建一个新的线程时，系统会查看进程地址空间中所有的DLL文件映射，之后用DLL_THREAD_ATTACH来调用DLL中的DllMain函数。要注意的是，系统不会为进程的主线程使用值DLL_THREAD_ATTACH来调用DLL中的DllMain函数；

DLL_PROCESS_DETACH:当DLL从进程的地址空间解除映射时，参数ul_reason_for_call参数值为DLL_PROCESS_DETACH。当DLL处理DLL_PROCESS_DETACH时，DLL应该处理与进程相关的清理操作。如果进程的终结是因为系统中有某个线程调用了TerminateProcess来终结的，那么系统就不会用DLL_PROCESS_DETACH来调用DLL中的DllMain函数来执行进程的清理工作。这样就会造成数据丢失；

DLL_THREAD_DETACH:该通知告诉所有的DLL执行线程的清理工作。注意的是如果线程的终结是使用TerminateThread来完成的，那么系统将不会使用值DLL_THREAD_DETACH来执行线程的清理工作，这也就是说可能会造成数据丢失，所以不要使用TerminateThread来终结线程。以上所有讲解在工程DLLMainDemo（工程下载）都有体现。

函数导出方式

在DLL的创建过程中，我使用的是_declspec( dllexport )方式导出函数的，其实还有另一种导出函数的方式，那就是使用导出文件(.def)。你可以在DLL工程中，添加一个Module-Definition File(.def)文件。.def文件为链接器提供了有关被链接器程序的导出、属性及其它方面的信息。

对于上面的例子，.def可以是这样的：

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

Module-Definition File(.def)文件的格式如下：

1. LIBRARY语句说明.def文件对应的DLL；
2. EXPORTS语句后列出要导出函数的名称。可以在.def文件中的导出函数名后加@n，表示要导出函数的序号为n（在进行函数调用时，这个序号有一定的作用）。

使用def文件，生成了DLL，客户端调用代码如下：

#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，在调用GetProcAddress函数时，传入的第二个参数是MAKEINTRESOURCE(1)，这里面的1就是def文件中对应函数的序号。（工程下载）

【extern “C”】

为什么要使用extern “C”呢？C++之父在设计C++时，考虑到当时已经存在了大量的C代码，为了支持原来的C代码和已经写好的C库，需要在C++中尽可能的支持C，而extern “C”就是其中的一个策略。在声明函数时，注意到我也使用了extern “C”，这里要详细的说说extern “C”。

extern “C”包含两层含义，首先是它修饰的目标是”extern”的；其次，被它修饰的目标才是”C”的。先来说说extern；在C/C++中，extern用来表明函数和变量作用范围（可见性）的关键字，这个关键字告诉编译器，它申明的函数和变量可以在本模块或其它模块中使用。extern的作用总结起来就是以下几点：

1. 在一个文件内，如果外部变量不在文件的开头定义，其有效范围只限定在从定义开始到文件的结束处。如果在定义前需要引用该变量，则要在引用之前用关键字”extern”对该变量做”外部变量声明”，表示该变量是一个已经定义的外部变量。有了这个声明，就可以从声明处起合理地使用该变量了，例如：

   /*
   ** FileName     : Extern Demo
   ** Author       : Jelly Young
   ** Date         : 2013/11/18
   ** Description  : More information, please go to http://www.jellythink.com
   */
   #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，如果多个文件都要使用同一个外部变量，不能在各个文件中各定义一个外部变量，否则会出现“重复定义”的错误。正确的做法是在任意一个文件中定义外部变量，其它文件用extern对变量做“外部变量声明”。在编译和链接时，系统会知道该变量是一个已经在别处定义的外部变量，并把另一文件中外部变量的作用域扩展到本文件，这样在本文件就可以合法地使用该外部变量了。写过MFC程序的人都知道，在在CXXXApp类的头文件中，就使用extern声明了一个该类的变量，而该变量的实际定义是在CXXXApp类的实现文件中完成的；
3. 外部函数，在定义函数时，如果在最左端加关键字extern，表示此函数是外部函数。C语言规定，如果在定义时省略extern，则隐含为外部函数。而内部函数必须在前面加static关键字。在需要调用此函数的文件中，用extern对函数作声明，表明该函数是在其它文件中定义的外部函数。

接着说”C”的含义。我们都知道C++通过函数参数的不同类型支持重载机制，编译器根据参数为每个重载函数产生不同的内部标识符；但是，如果遇到了C++程序要调用已经被编译后的C函数，那该怎么办呢？比如上面的int Add ( int a , int b )函数。该函数被C编译器后在库中的名字为_Add，而C++编译器则会生成像_Add_int_int之类的名字用来支持函数重载和类型安全。由于编译后的名字不同，C++程序不能直接调用C函数，所以C++提供了一个C连接交换指定符号extern “C”来解决这个问题；所以，在上面的DLL中，Add函数的声明格式为：extern “C” EXPORTS_DEMO int Add (int a , int b)。这样就告诉了C++编译器，函数Add是个C连接的函数，应该到库中找名字_Add，而不是找_Add_int_int。当我们将上面DLL中的”C”去掉，编译生成新的DLL，使用Dependency Walker工具查看该DLL，如图：

请注意导出方式为C++，而且导出的Add函数的名字添加了很多的东西，当使用这种方式导出时，客户端调用时，代码就是下面这样：

#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);
     }
}

请注意GetProcAddress函数的第二个参数，该参数名就是导出的函数名，在编码时，写这样一个名字是不是很奇怪啊。当我们使用extern “C”方式导出时，截图如下：

注意导出方式为C，而且函数名现在就是普通的Add了。我们再使用GetProcAddress时，就可以直接指定Add了，而不用再加那一长串奇怪的名字了。

【DLL导出变量】

DLL定义的全局变量可以被调用进程访问；DLL也可以访问调用进程的全局数据。（工程下载）

【DLL导出类】

DLL中定义的类，也可以被导出。详细工程代码，请参见（工程下载）