011.txt

会变语言实现的一些程序

 11.1 动态链接库(1)



11.1.1  动态链接库的概念 
在DOS环境下编过程序的读者一定知道静态库的含义——程序员将实现各种功能的代码写成一个个子程序（函数），编译成obj文件后，将多个obj文件组合成一个lib文件，当程序中要用到这些函数的时候，只需要指定函数名称，编译器就可以从库中抽出对应的子程序代码插入到可执行文件中去，这样就可以不必一遍遍地重写相同的功能代码。这种链接方法就是静态链接，

静态链接的缺点显而易见，如果有多个程序用到库中的同样函数，那么所有这些可执行文件中都会包含一份同样的代码，对于每个程序几乎必须使用的一些函数来说，如果硬盘上有一万个程序用到这个函数，那么就存在一万份相同的代码，这显然是很浪费空间的。静态链接的另外一个缺点是：如果某个函数因为发现有错或更新算法等种种原因需要升级版本时，必须把所有用到此函数的可执行文件都找回来重新编译一遍，遗漏的程序中存在的还是旧版本的代码。

DOS操作系统是单任务的操作系统，每时每刻只能有一个程序在运行，所以使用静态链接浪费的空间仅表现在磁盘空间的浪费上；而Windows操作系统是多任务的，内存中会同时装入多个程序的代码，如果使用静态链接的话，意味着有多份相同的代码被装入内存，这种浪费代价将是更昂贵的。

Windows的解决办法就是使用动态链接库，动态链接库从表面上看也是提供了一大堆通用的函数，也可以被多个程序使用，但它和静态库的使用上有很多的不同点。

静态库仅在编译的时候使用，编译完成后，可执行文件就可以脱离库文件单独使用了，而动态链接库中的代码在程序编译的时候并不会被插入到可执行文件中，在程序运行的时候才将整个库的代码调入内存，所以称为“动态链接”。如果有多个程序用到同一个动态链接库，Windows在物理内存中只保留一份库的代码，仅通过分页机制将这份代码映射到不同进程的地址空间中，这样不管有多少程序在使用一个库，库代码实际占用的物理内存永远只有一份。当然，这时候库使用的数据段还是会被映射到不同的物理内存中，多少个程序在使用动态链接库就会有多少份数据段。DLL的工作方式在图1.6中就已经有所演示了。

当应用程序装载动态链接库的时候，程序中仅包括库的名称和函数的名称，这些信息是动态寻找对应函数所必须的，程序在编译和链接的时候必须插入这些定位信息，定位信息取自导入库文件，这一点在前面的编程中已经多次涉及。

动态链接库的缩写为DLL，大部分动态链接库是以扩展名为dll的文件形式存在的，但并不是只有dll扩展名的文件才是动态链接库，系统中的某些exe文件、字体文件（*.fon）、一些驱动程序（*.drv）、各种控件（*.ocx）和输入法模块（*.ime）等都是动态链接库。实际上，系统中大部分包含公用代码的模块——不管扩展名是什么——都有可能是动态链接库。

一个文件是否是动态链接库取决于它的文件结构，动态链接库文件和可执行文件同样使用标准的PE文件格式，仅文件头中的属性位不同而已，所以exe文件的一些特征也存在于动态链接库中，比如在动态链接库中也可以定义并使用各种资源，可以导入并使用其他动态链接库中的函数等。

有一个最重要的概念一定要牢记：动态链接库是被映射到其他应用程序的地址空间中执行的，它和应用程序可以看成是“一体”的，动态链接库可以使用应用程序的资源，它所拥有的资源也可以被应用程序使用，它的任何操作都是代表应用程序进行的，当动态链接库进行打开文件、分配内存和创建窗口等操作后，这些文件、内存和窗口都是为应用程序所拥有的。

11.1.2  编写动态链接库

与前面一些例子程序相比，写动态链接库程序应该算是很简单的，程序中并不需要用到新的函数，只是在程序的结构上和链接时的选项有些区别而已。让我们通过一个简单的例子来说明，例子代码在所附光盘的Chapter11\Dll\Dll目录中，包括汇编源文件Counter.asm和定义文件Counter.def。上一层子目录Chapter11\Dll中存放的是调用DLL的例子，其中的内容将在下一节中分析。

Counter.asm的内容如下：

  .386

  .model flat, stdcall

  option casemap :none

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

; Include 文件定义

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

include windows.inc

include user32.inc

includelib   user32.lib

include   kernel32.inc

includelib   kernel32.lib

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

  .data?

dwCount dd  ?

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

  .code

DllEntry   proc   _hInstance,_dwReason,_dwReserved

 

  mov eax,TRUE

  ret

 

DllEntry   Endp

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

_SetText   proc   _hWnd,_dwID,_dwCount

 

  invoke  SetDlgItemInt,_hWnd,_dwID,_dwCount,TRUE

  ret

 

_SetText   endp   

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

_IncCount proc   _hWnd,_dwID

 

  inc dwCount

  invoke  _SetText,_hWnd,_dwID,dwCount

  mov eax,dwCount

  ret

 

_IncCount endp

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

_DecCount proc   _hWnd,_dwID

 

  dec dwCount

  invoke  _SetText,_hWnd,_dwID,dwCount

  mov eax,dwCount

  ret

 

_DecCount endp

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

  End DllEntry

程序很简单，既没有创建窗口的代码也没有创建对话框的代码，总之，程序没有任何和创建界面有关的代码，仅定义了4个子程序：DllEntry，_SetText，_IncCount和_DecCount。其中程序的入口点由最后一句End语句定义到了DllEntry处。而_SetText子程序被最后两个子程序调用，功能是将指定的数值显示到指定对话框的一个子窗口控件中。最后两个子程序的功能分别是对dwCount变量进行递增或递减的操作，并把操作结果显示在参数指定的对话框中的子窗口控件中。

一眼看上去，程序比较莫名其妙——入口的代码什么都没有做，仅返回一个TRUE；也没有地方用到_IncCount和_DecCount函数，这是为什么呢？请记住，dll文件的设计不是供自己使用的，而是被映射到其他应用程序的地址空间中代表“宿主”程序执行的，这两个函数就是供其他程序使用的函数，实际上对于“宿主”程序来说，虽然这两个函数仅包含3行代码，但它们的级别和User32.dll中的CreateWindowEx与DefWindowProc等极其复杂的函数没有任何区别。

1. 入口点和初始化代码

与可执行文件一样，动态链接库需要一个入口点，动态链接库的入口点是一个函数，函数的名称并不重要，例子代码中的入口函数命名为“DllEntry”，读者也可以把它取名为其他任何合法的名字，但入口函数的格式是有规定的。

库的入口函数对调用动态链接库的应用程序来说是不可见的，它仅供操作系统使用。Windows在库装载、卸载、进程中线程的创建和结束等时候调用入口函数，以便动态链接库可以采取相应的动作。在入口函数中可以通过参数来判别Windows的本次调用究竟是在哪种情况下发生的。入口函数的结构一般如下面所示：

 


11.1 动态链接库(2)


DllEntry   proc hInstDLL,dwReason,dwReserved

 

      mov   eax,dwReason

      .if   eax ==  DLL_PROCESS_ATTACH

        ；保存hInstDll

        ；初始化库需要的各种资源

        .if   初始化成功

        mov   eax,TRUE

        .else

        mov eax,FALSE

        .endif

      .elseif eax ==  DLL_THREAD_ATTACH

      ；释放库使用的资源

      .elseif eax ==  DLL_THREAD_DETACH

      ；为新的线程分配资源

      .elseif eax ==  DLL_PROCESS_DETACH

      ；为线程释放资源

      .endif

      ret

 

DllEntry   Endp 

Windows会传给入口函数3个参数，dwReason参数的值表示本次调用的原因，它可能是下面的四种情况之一。

当dwReason的值是DLL_PROCESS_ATTACH的时候，表示动态链接库刚被映射到某个进程的地址空间，程序可以在这里进行一些初始化的工作，并返回TRUE表示初始化成功，返回FALSE表示初始化出错，这样库的装入就会失败。这给了动态链接库一个机会来阻止自己被装入。比如库程序可以在这里申请并保留一些内存，如果申请失败的话就可以返回FALSE告诉Windows，库无法正常工作。

当dwReason的值是DLL_PROCESS_DETACH的时候则相反，表示动态链接库将被卸载，库程序可以在这里进行一些资源的释放工作，如将初始化时申请的内存释放，将打开的文件关闭等。 以DLL_PROCESS_ATTACH和DLL_PROCESS_DETACH值进行的调用在库的生命周期中只可能出现一次。

当dwReason的值是DLL_THREAD_ATTACH的时候，表示应用程序创建了一个新的线程。当某个线程正常终止的时候，dwReason的值是DLL_PROCESS_DETACH。如果应用程序不是以多线程方式工作的话，就不会有这两种原因的调用；反之，如果应用程序频繁地创建和结束线程，那么入口函数将不断被调用。

hInstDll是动态链接库的模块实例句柄。当使用这个句柄来装入资源的时候，表示资源是定义在库文件中的，对于动态链接库来说，获取这个句柄的惟一途径就是保留入口函数的这个参数，如果在DLL_PROCESS_ATTACH时不将这个句柄保存下来的话，运行时可能就没有其他方法可以获取了。dwReserved参数是系统保留的参数，可以不必理会。

读者可能会问：不是可以通过GetModuleHandle（NULL）函数来获取模块实例句柄吗？是的，但是动态链接库是代表应用程序运行的，所以，如果在库中调用这个函数，得到的仍然是“宿主”程序的实例句柄，而不是库程序的实例句柄。

在例子程序中，不需要初始化工作，所以仅返回一个TRUE，表示任何情况下，Windows都可以装入这个库文件。动态链接库有一种很“极端”的应用：纯资源库，这些库仅包含资源而没有任何的功能函数，如字体文件等，对于这些库来说，库中的全部代码仅是入口函数中用来返回TRUE的那几句，这是库能被正常装入所必须的代码。

2. 导出函数

与写普通的可执行文件相比，动态链接库的设计流程中多了一个文件，那就是定义文件 *.def，源代码目录中还包括一个Counter.def文件，它的内容是：

EXPORTS _IncCount

  _DecCount

文件内容总共只有两行：一个EXPORTS关键字加上两个库中函数的名称，这是用来告诉链接器这两个函数需要导出，也就是说这两个函数可以被其他程序调用。动态链接库的文件格式是PE格式，每个PE格式文件的文件头中都可以有一个导出表，只有导出表中列出的函数才可以被其他程序调用，链接器根据def文件的内容在导出表中加入由EXPORTS关键字指定的函数名。

如果库文件中的函数没有在def文件中指定（如例子中的_SetText函数），那么这个函数就仅能被库文件中的代码调用，而无法在其他应用程序中使用，这是因为库文件的导出表中没有列出它的名称，这样其他程序根本不会知道它的存在。对于这些函数，可以把它们叫做私有函数。



3. 链接选项

为了生成动态链接库文件，在链接的时候必须使用合适的选项，来看看Counter库文件例子使用的Makefile文件：

DLL = Counter

ML_FLAG = /c /coff

LINK_FLAG = /subsystem:windows /Dll

 

$(DLL).dll: $(DLL).obj $(DLL).def

  Link  $(LINK_FLAG) /Def:$(DLL).def $(DLL).obj

.asm.obj:

    ml $(ML_FLAG) $<

.rc.res:

  rc $<

clean:

  del *.obj

  del *.exp

  del *.lib

编译的时候，使用Ml.exe编译器的方法并没有什么不同，但是使用Link.exe链接程序的时候，必须使用/Dll和/Def选项，/Dll选项告诉链接器输出文件的格式是动态链接库，/Def:filename.def选项用来指定定义了导出函数名称的def文件名，在这个例子中，库文件中没有包含资源，如果包含资源的话，链接时还可以指定资源文件名，一个完整的链接参数如下所示：

Link /DLL /subsystem:windows /Def:filename.def filename.obj filename.res

4. 生成库文件

当使用Link.exe链接器完成链接工作后，链接器生成3个文件，它们分别以dll，lib和exp为扩展名。dll文件就是动态链接库，而lib文件是供程序开发用的导入库。

回想一下：当在汇编源程序中用到某个动态链接库中的函数时，在源文件的一开始就要用includelib语句指定动态链接库的导入库，这样链接的时候链接器才知道到哪个库中寻找指定的函数，如果开发的时候没有动态链接库的导入库文件，使用起来就比较麻烦了。

为了在开发其他程序的时候使用自己编写的动态链接库，就必须提供这个动态链接库的导入库文件，Link.exe考虑了这一点，所以在生成dll文件的同时也生成了导入库文件。如果dll文件是当做最终应用程序发布的，可以仅发布dll文件；如果是当做插件供其他人做二次开发用的，那么就要为其他程序员同时提供dll文件和lib文件，并且根据情况提供不同语言使用的头文件（最后，还要为每个导出函数写一个说明，包括参数的个数、类型和定义等）。目录中还有一个Counter.inc文件，它的内容如下：

_IncCount proto :dword,:dword

_DecCount proto :dword,:dword

这是为了在汇编程序中使用Counter.dll库文件而书写的include文件。（这样读者就知道MASM32软件包中包含的lib文件和inc文件是怎么来的了！）

exp文件是输出库文件，这是链接时的一个副产品，一般没有什么用途，我们可以直接将它删掉。

 



11.1 动态链接库(3)


11.1.3  使用动态链接库 
虽然在前面的学习中一直在使用动态链接库，但本节仍然要介绍一下使用动态链接库的方法，这是为了比较全面地介绍使用动态链接库的不同途径和它们之间的区别。相关的例子文件包含在所附光盘的Chapter11\Dll目录中。在开始分析例子之前，首先要把上一节中生成的相关文件拷贝到本目录中以便使用，它们是Counter.dll，Counter.lib和Counter.inc文件。

例子包括两个不同的程序UseDll1和UseDll2，分别用来演示使用DLL的两种方法。两个例子文件使用了同样的资源定义文件UseDll.rc，所以它们的界面是一样的，事实上，它们完成的功能也是一样的，仅实现的方法不同而已，UseDll.rc文件的内容如下：

//>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

#include   

//>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

#define ICO_MAIN     1000

#define DLG_MAIN     1000

#define IDC_COUNT 1001

#define IDC_INC 1002

#define IDC_DEC 1003

//>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

ICO_MAIN   ICON   "Main.ico"

//>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

DLG_MAIN DIALOG 186, 132, 173, 44

STYLE DS_MODALFRAME | WS_POPUP | WS_VISIBLE | WS_CAPTION | WS_SYSMENU

CAPTION "DLL例子"

FONT 9, "宋体"

{

 LTEXT "当前计数", -1, 6, 9, 37, 8

 EDITTEXT IDC_COUNT, 45, 7, 69, 12, ES_READONLY

 PUSHBUTTON "增加(&A)", IDC_INC, 121, 6, 46, 14

 PUSHBUTTON "减少(&D)", IDC_DEC, 121, 23, 46, 14

}

//>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

资源中定义了一个如图11.1所示的对话框，上面设计了两个按钮，分别用来调用Counter.dll中的_IncCount和_DecCount函数，这两个函数将DLL内部计数器中的计数进行增减计算，并将结果显示在对话框上的编辑框中。



图11.1  DLL使用例子的运行界面