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一、为什么需要dll

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，如ATL、MFC等，它们都以源代码的形式发布。由于这种复用是“源码级别”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”的缺点比较多，总结起来有4点。

1. 暴露了源代码；
2. 容易与程序员的“普通”代码发生命名冲突；
3. 多份拷贝，造成存储浪费；
4. 更新功能模块比较困难。

实际上，以上4点概括起来就是“暴露的源代码”造成“代码严重耦合”。为了弥补这些不足，就提出了“二进制级别”的代码复用。使用二进制级别的代码复用一定程度上隐藏了源代码，对于缓解代码耦合现象起到了一定的作用。这样的复用被称为“黑盒复用”。

在Windows操作系统中有两种可执行文件，其后缀名分别为.exe和.dll。它们的区别在于，.exe文件可被独立的装载于内存中运行；.dll文件却不能，它只能被其它进程调用。然而无论什么格式，它们都是二进制文件。上面说到的“二进制级别”的代码复用，可以使用.dll来实现。

与白盒复用相比，.dll很大程度上弥补了上述4大缺陷。.dll是二进制文件，因此隐藏了源代码；如果采用“显式调用”（后边将会提到），一般不会发生命名冲突；由于.dll是动态链接到应用程序中去的，它并不会在链接生成程序时被原原本本拷贝进去；.dll文件相对独立的存在，因此更新功能模块是可行的。

说明：实现“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。本文只对dll进行讨论。

二、创建dll

接下来用一个简单的例子来说明创建dll的方法。本例采用VS2010，使用C++编程语言，具体操作步骤如下。

通过Start Page或者File菜单栏，新建一个Project，将会弹出新建项目对话框。选择Win32 Project向导，项目名为CreateDLL，解决方案名为DLLTEST（注意Create directories for solution是勾选上的），点击OK，接着点击Next，到Application Settings，选择应用程序类型为dll，并勾选“Export
Symbols”，点击Finish。完成这一步之后，VS界面上左边的Solution Explorer中将会看到向导自动生成的文件列表，如图1所示。

图1 wizard自动生成的文件列表

在VS界面的编辑窗口中，展示了自动生成的CreateDLL.cpp的代码。

// CreateDLL.cpp : Defines the exported functions for the DLL application.
//

#include "stdafx.h"
#include "CreateDLL.h"


// This is an example of an exported variable
CREATEDLL_API int nCreateDLL = 0;

// This is an example of an exported function.
CREATEDLL_API int fnCreateDLL(void)
{
	return 42;
}

// This is the constructor of a class that has been exported.
// see CreateDLL.h for the class definition
CCreateDLL::CCreateDLL()
{
	return;
}

这里有3种类型的example，分别为导出变量nCreateDLL、导出函数fnCreateDLL以及导出类CCreateDLL。为了简化起见，本例只考虑导出函数。修改CreateDLL.h文件为：

#ifdef CREATEDLL_EXPORTS
#define CREATEDLL_API __declspec(dllexport)
#else
#define CREATEDLL_API __declspec(dllimport)
#endif

CREATEDLL_API void printMax(int&,int&);
CREATEDLL_API void printMax(int&,int&,int&);

修改CreateDLL.cpp文件为： 

CREATEDLL_API void printMax(int& a,int& b)
{
	std::cout<<"Among ("<<a<<","<<b<<"), the Max Number is "<<(a>b?a:b)<<"\n";
}
CREATEDLL_API void printMax(int& a,int& b,int& c)
{
	std::cout<<"Among ("<<a<<","<<b<<","<<c<<"), the Max Number is "<<(((a>b?a:b)>c)?(a>b?a:b):c)<<"\n";
}

不难发现，printMax函数的作用就是打印出两个整数或三个整数中的最大值。需要说明的是，这里故意使用同名函数是为了引出导出函数的修饰名称，具体将在第四节中阐述。

接下来，选择菜单Build->Build CreateDLL，Output窗口提示CreateDLL.dll文件生成成功，如图2所示。

 图2 CreateDLL.dll成功生成

三、使用dll

本例采用“显式调用”的方式使用CreateDLL.dll。显式调用方式相比于”隐式调用“有好有坏。显式调用只需要一个.dll文件就可以了，灵活性更好，更新模块方便；相对的，程序员需要做的事情更多，使用方法更为复杂。

右键单击Solution Explorer中的Solution 'DLLTEST'，在弹出的菜单中选择Add->New Project，选择Win32 Console Application，输入项目名为UseDLL，点击OK，接着点击Next，在Application Settings界面勾选EmptyProject并点击Finish。右键单击项目UseDLL，给它添加源文件UseDLL.cpp。这样操作之后，Solution
Explorer的信息如图3所示。

图3 向Solution'DLLTEST'添加项目UseDLL

编写UseDLL.cpp的代码为：

/*--UseDLL.cpp
 *Author: ume(李优米)
 *Use CreateDLL.dll explicitly
 */
#include<Windows.h>
#include<iostream>
typedef void(*FUNA)(int&,int&);
typedef void(*FUNB)(int&,int&,int&);
int main()
{
	const char* dllName = "CreateDLL.dll";
	const char* funName1 = "printMax";
	const char* funName2 = "printMax";
	int x(100), y(100), z(100);
	HMODULE hDLL = LoadLibrary(dllName);
	if(hDLL != NULL)
	{
		FUNA fp1 = FUNA(GetProcAddress(hDLL,funName1));
		if(fp1 != NULL)
		{
			std::cout<<"Input 2 Numbers:";
			std::cin>>x>>y;
			fp1(x,y);
		}
		else
		{
			std::cout<<"Cannot Find Function "<<funName1<<std::endl;
		}
		FUNB fp2 = FUNB(GetProcAddress(hDLL,funName2));
		if(fp2 != NULL)
		{
			std::cout<<"Input 3 Numbers:";
			std::cin>>x>>y>>z;
			fp2(x,y,z);
		}
		else
		{
			std::cout<<"Cannot Find Function "<<funName2<<std::endl;
		}
		FreeLibrary(hDLL);
	}
	else
	{
		std::cout<<"Cannot Find "<<dllName<<std::endl;
	}
	return 1;
}

代码比较长，但是并不难理解，这里仅说明代码中的一些要点。

• 包含头文件Windows.h，原因在于程序中用到了LoadLibrary、FreeLibrary、GetProcAddress等Win32 API函数。
• FUNA和FUNB是函数指针类型的声明。
• 当程序不再使用dll时，应该调用FreeLibrary及时释放它占用的内存空间。
• 如果在const char* dllName和funName底部出现红色波浪线提示，说明采用的字符集不匹配，需要修改项目UseDLL的属性CharaterSet为Not Set。
• 为方便项目的调试，建议修改解决方案的Startup Project属性为Single startup project并以UseDLL为首选。

然而，这个程序还有错误。编译并运行，结果如图4所示。

               
图4 UseDLL的运行结果

这并不是期望中的结果。实际上，正如第二节提到的那样，造成这种错误的原因正是导出函数的修饰名称。虽然在CreateDLL.cpp中两个printMax函数有相同的名称，但在dll二进制文件中，经过编译器的“加工”，它们实际上各自有不同的名称了。这也是函数重载机制得以实现的一个技术支持。

使用VS2010附带工具dumpbin，查看CreateDLL.dll的导出函数名，结果如图5所示。

 图5 查看CreateDLL.dll的导出函数名

观察图5可以发现，CreateDLL.dll导出函数名为?printMax@@YAXAAH00@Z和?printMax@@YAXAAH0@Z。它们分别对应着三个整数的printMax和两个整数的printMax。因此，Use.DLL中funName应当相应修改为：

const char* funName1 = "?printMax@@YAXAAH0@Z";
const char* funName2 = “?printMax@@YAXAAH00@Z”;

修改之后，再次编译运行，结果正确，如图6所示。

 图6 UseDLL正常运行

四、dll导出函数名称规范化

创建、使用dll并不复杂，走过前三节，相信读者肯定有这样的体会。然而，一个问题仍然值得思考：导出函数的修饰名称太“奇怪”，为dll的使用带来了不便，能不能让导出函数的修饰名称规范一些？

答案是肯定的，而且方法至少有两种：一是运用extern "C"修饰printMax；二是运用模块定义文件.def。后者的效果更好，所以本节将使用.def来规范化导出函数的修饰名称。

CreateDLL.dll导出的两个函数功能很简单，根据功能描述，理想的函数名称是pMaxA2和pMaxA3。在CreateDLL项目中添加CreateDLL.def文件：

LIBRARY CreateDLL
EXPORTS
pMaxA2 = ?printMax@@YAXAAH0@Z
pMaxA3 = ?printMax@@YAXAAH00@Z

重新build项目CreateDLL，使用dumpbin再次查看CreateDLL.dll的导出函数名称，结果如图7所示。

图7 规范化的函数名，奇怪的修饰名称还存在

出现了期望的结果，但仍有小缺憾：奇怪的修饰名称仍然存在。能否去掉这些不太规范的修饰名称呢？当然是可以的。只需要将CreateDLL.h中#define CREATEDLL_API __declspec(dllexport) 修改为#define CREATEDLL_API即可。修改之后重新编译生成CreateDLL.dll，使用dumpbin查看导出函数名称，结果如图8所示。

图8 规范化的函数名，去除了奇怪的修饰名称    

回到UseDLL.cpp，修改funName：

const char* funName1 = "pMaxA2";
const char* funName2 = "pMaxA3";

重新编译运行UseDLL，结果正确，与图6类似。
五、dll的不足

动态链接库虽然一定程度上实现了“黑盒复用”，但仍存在着诸多不足，笔者能够想到的有下面几点。

1. dll节省了编译期的时间，但相应延长了运行期的时间，因为在使用dll的导出函数时，不但要加载dll，而且程序将会在模块间跳转，降低了cache的命中率。
2. 若采用隐式调用，仍然需要.h、.lib、.dll文件（“三件套”），并不能有效支持模块的更新。
3. 显式调用虽然很好地支持模块的更新，但却不能导出类和变量。
4. dll不支持Template。

二进制级别的代码复用相比源码级别的复用已经有了很大的进步，但在二进制级别的代码复用中，dll显得太古老。想真正完美实现跨平台、跨语言的黑盒复用，采用COM才是正确的选择。