動態鏈結函式庫（DLL-Dynamic Linked Library）

2019-11-17 05:47:39

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前言
本章要介紹的是動態鏈結函式庫（Dynamic Linked Library，簡稱DLL）的撰寫、使用及相關主題。動態鏈結函式庫是Windows程式設計的一門重要領域，不信的話，你可以看看在Windows系統目錄下那些數量龐大的 .DLL檔案，它的重要性及使用頻率由此可見一般。
基本上，假如略去VCL軟體元件不談的話，在C++Builder中撰寫及使用DLL的方法是和傳統Windows SDK是一致的，然而如此一來C++Builder也就失去了它傲人的優勢了。因此在本章中我會為你介紹如何撰寫使用VCL元件的 DLL，同時也針對各種不同程式發展平臺如Visual C++, VB之間的DLL使用上應注重的事項，做一個全面的探討。
以C++Builder撰寫動態鏈結函式庫 (DLL)
動態鏈結函式庫（DLL-Dynamic Linked Library）（圖一）

圖一以C++Builder撰寫的About Dialog
圖一所展示的就是我所要撰寫的一個以VCL元件組合而成的About Dialog，如何？看起來是不是頗具商業軟體架勢呢？
C++Builder由於其先天上的優勢，因此在視覺化的程式設計領域游刃有馀。然而在現實的工作環境中，也許在你手中的專案并非使用C++Builder來撰寫，而是以其他程式工具如Visual C++,VB或是Borland C++完成的，假如要全部改寫原來的程式，不僅曠日廢時，而且可能老板也不答應，那麼該怎麼辦呢？對了，就是利用撰寫DLL的途徑來達到程式共享的目的，為了要讓傳統的Windows SDK程式設計人員也可以享受此一優勢，因此你可以將部份視覺程式設計部份以DLL完成，然後提供外部函式供他人呼叫，如此你就可以兼顧兩者，『執其兩端，用於其中』，而順利地解決問題了。
好了！廢話不多說了，現在開始進入正題吧！
建立DLL專案
建立DLL專案的方式和一般應用程式大致相同。同樣地你可以由【File/New】來建立一個新的專案，然後選擇DLL類型的專案。如圖二所示：

動態鏈結函式庫（DLL-Dynamic Linked Library）（圖二）

圖二選擇DLL專案類型
建選擇完專案類型之後，它就自動為你產生了相關檔案。和應用程式不同的是，它只產生了一個PRoject檔，而不包含表格檔，而該檔案只是一個包含DLL進入點程式的空殼子，程式大致如下：
int WINAPI DllEntryPoint(HINSTANCE hinst, unsigned long reason, void*){return 1;}
DllEntryPoint是DLL內定的程式進入點，因為本程式中并不做任何處理，所以就直接return 1了。
加入TForm表格
為了要撰寫如圖一的About Dialog，毫無疑問地，我們必須加入一個TForm表格，因為建立DLL專案時，并未自動產生相關的TForm表格，所以你必須以手動方式加入。此時你可以【File/New Form】來加入一個表格。再來我們就可以用和一般應用程式設計相同的方式，加入必要的軟體元件，如圖叁所示。
動態鏈結函式庫（DLL-Dynamic Linked Library）（圖三）

圖叁在設計時期（Design Time）的 TForm。
你可以看到，我在程式中使用了叁個TPanel元件（除了標出來的之外，另外還有一個用來作為放置所有元件的平臺）。以及一個TImage元件，圖叁個的叁個Panel元件的樣子都不同，那是利用修改其 BevelInner，BevelOuter，BevelWidth來達成的，你可以試著去修改它，看看能否做出更好的效果。至於TImage是用來做為顯示那張雅典娜圖形的元件。
在安排好了所有元件的位置之後，我們再設定所有元件的OnClick事件處理函式，讓它可以在使用者按下滑鼠時，關掉該交談窗。這個事件處理函式很簡單，只有短短的一行。
void __fastcall TForm1::Image1Click(TObject *Sender){Close();}
好了，至此我們已完成加入表格的程序。
撰寫輸出函式（EXPort Function）
在完成的表格的設計後，再來我們就要撰寫輸出函式，該外部程式可以利用呼叫該函式的方式顯示這個表格。我們的輸出函式定義如下：extern "C" void _stdcall ShowImage(void);
其中 extern "C" 是用來告訴編譯器，以C的方式來命名，而不要以C++ 的命名法，因為C++ 的命名法會在函式名稱後加上參數型態等裝飾字，如此會造成其他程式如VC++,VB等無法使用的困擾。另外 __stdcall是用來表示它使用的參數傳入方法。我們在後續單元會針對以上兩者做更為深入的介紹。
再來我們來看函式本身，這個函式很簡單，只是利用new動態產生一個表格，然後利用ShowModal來顯示該表格，ShowModal會一直等到使用者按Click之後才關掉表格，此時我們再以delete指令來釋放占用的記憶體。
void _export _stdcall ShowImage(void){
Form1 = new TForm1(NULL);Form1->ShowModal();delete Form1;}
在完成以上程式之後，你就可以編譯程式。此時C++Builder會產生一個DLL檔，以本程式而言，它會產生一個DLLSAMP.DLL檔案，而這個就是供外部呼叫的動態鏈結函式庫。
在C++Builder中使用DLL
再來我要告訴你如何使用動態鏈結函式庫。我們以前面所產生的DLL為例。使用DLL有兩種方式，分別為明確呼叫及不明確呼叫。
我先說明不明確呼叫的使用方式。不明確呼叫指的是，在程式中并沒有一行程式是用來載入DLL，而是利用鏈結一個記載輸入函式的函式庫檔案（LIB），來進行鏈結，如此系統會自動將該DLL載入，同時在使用完畢後將其釋放，不必由使用者（也就是呼叫它的函式）來進行載入及釋放的動作。
首先必須產生一個LIB檔，你可以利用C++Builder程式目錄內的IMPLIB.EXE來產生該檔案，切忌勿使用Visual C++ 的IMPLIB.EXE，因為Microsoft所使用的格式是COFF格式的LIB檔，而Borland所使用的格式是OMF格式的LIB檔。（同樣地，若是你的LIB檔是要給Visual C++ 鏈結用的，那就要使用它所附的IMPLIB.EXE，在使用時不可不察）。因此我們可用以下指令產生DLLSAMP.LIB檔。
IMPLIB DLLSAMP.LIB DLLSAMP.DLL
如此你就可以得到供程式鏈結用DLLSAMP.LIB檔了。
接著我們來撰寫使用該DLL的范例程式。這個程式相當簡單，我只在表格中放置一個Button，然後撰寫該Button的OnClick事件處理函式，使其呼叫ShowImage函式即可。
有一點要注重的是，你必須將先前產生的DLLSAMP.LIB加入此專案中，利用【Project/Add to Project】選擇LIB型態檔案，即可將其加入。
最後我們就可以鏈結程式，以下為其執行結果。動態鏈結函式庫（DLL-Dynamic Linked Library）（圖四）

圖四執行結果。
動態鏈結函式庫徹底研究
在前面的范例中，我們已經示范了一個基礎dll的撰寫方式，然而那只能說是少部份的Know-How而已，接下來我想針對DLL做一個徹底的探討，企圖使您對它有一個全面的認知，同時也希望在Know-How之外，可以告訴你一些關於DLL的Know-Why。
DLL的生與死
DLL顧名思義，是一個可以動態鏈結的函式庫。這其中包含兩個意義。第一，它是動態鏈結的，也就是說它必須具有『招之即來，揮之即去』的基本特性，它只有在被需要的時候才會被載入系統中，而在不被需要時，即自系統中釋放。第二，它是一個函式庫，因此它的行為模式和一般的函式庫沒什麼不同，當它載入時，它就視同其他一般的函式般。
『招之即來，揮之即去』的DLL
前面我們提到，DLL必須具備『招之即來，揮之即去』的基本特性。那麼要如何載入及釋放DLL呢？關於此點，我們必須分為兩方面來探討；即所謂的明確呼叫及不明確呼叫。
明確呼叫（explicited linked）：所謂明確呼叫（explicited linked）是使用LoadLibrary函式來載入 DLL。使用FreeLibrary函式來釋放 DLL。這種方式是由使用者主動透過LoadLibrary 載入該 DLL，然後以GetProcAddress來取得函式位址，再呼叫該函式。最後在不使用該DLL之後，再將其釋放。使用明確呼叫的優點在於，你可以完全控制該DLL的載入及釋放，最有效地利用系統資源：缺點則是，必須自行利用GetProcAddress來取得叫使用的函式位址，但也由於使用了GetProcAddress來取得函式位址，因此在使用上增加許多彈性。由於此種使用方式載入函式程式是主動且可見的，因此名之為明確呼叫。
不明確呼叫 ( implicited linked）：所謂不明確呼叫則是利用鏈結DLL函式庫所相對應的輸出函式庫 ( export library），來達成呼叫函式的目的。因此載入DLL以及釋放DLL的程序是不可見的，當使用該輸出函式庫的程式載入後，系統即將該DLL載入，當使用該輸出函式的程式結束後，系統即將該DLL釋放。使用不明確呼叫的優點在於，使用者可以完全不必顧慮到函式的載入及釋放相關問題，使用時就如同一般的靜態函式般。由於此種使用方式載入函式是非主動且不可見的，因此名之為不明確呼叫。
DLL的使用次數 (Usage Count）
前面提到的載入及釋放其實在定義上是不明確的。為什麼呢？因為DLL的載入及釋放尚牽涉到多行程使用時的載入及釋放。由於DLL是動態鏈結的，因此可以同時有許多程式在使用同一個 DLL，舉例來說：若一個X.DLL同時被A、B、C叁個程式使用著，則X.DLL會被載入叁次。然而系統為了結省資源，當然不會重復載入，因此此時在系統內會有一個表格來記載X.DLL的使用次數。所以當A程式載入X.DLL後，B、C程式再次載入X.DLL時，此時X.DLL并沒有被重復地載入，系統只是將X.DLL的使用次數加一，然後將先前載入的X.DLL位址傳回給 B、C兩個程式使用，如此就可以達到共享函式庫的目的了。同樣地在釋放X.DLL時，若該DLL同時有多人使用時，系統純粹只是將該DLL的使用次數減一，當其使用次數等於0時，系統才會『真正』地將它由系統中釋放。否則若是系統不分青紅皂白即將DLL釋放，會造成系統的災難。
由以上可知，無論我們使用明確呼叫或是不明確呼叫，DLL的載入及釋放都和它的使用次數有關。所以DLL的生與死其實和它的使用次數有關，當它的使用次數不為0時，就表示其『陽壽未盡』，系統就會維持其活動狀態；反之，若其使用次數為0時，則表示它該『壽終正寢』了，系統就將其釋放，并回收其使用的資源。然而若使用該DLL的程式當掉，導致該DLL沒被釋放時，該DLL就會因為使用次數沒有被適時減少，而一直在系統內『陰魂不散』了。這種利用使用次數來治理共享資源的方法，也同時使用在OLE之中。
新知識的實踐
現在我們已了解DLL的使用，尚有另一種明確呼叫的方式，我們可以將前面的范例程式修改為使用明確呼叫的方法來使用 DLL。
void (*ShowImage)(void);void __fastcall TForm1::ShowButtonClick(TObject *Sender){HINSTANCE hInst;hInst = LoadLibrary("DLLSAMP.DLL");(FARPROC &)ShowImage=GetProcAddress(hInst,"ShowImage");ShowImage();FreeLibrary(hInst);}
以上就是修改後的程式，因為程式已改成明確呼叫的方式，因此不需要使用DLLSAMP.LIB了，所以關於BCB和VC所使用的LIB檔格式不同的問題也不存在了。在此我簡單地說明所使用的幾個函式
hInst = LoadLibrary("DLLSAMP.DLL") 是用來載入DLLSAMP.DLL ，同時傳回該DLL的HINSTANCE值，它是據以使用DLL的權杖。
(FARPROC &)ShowImage=GetProcAddress(hInst,"ShowImage") 利用前面得到的HINSTANCE值，呼叫GetProcAddress來得到ShowImage函式的位址，因為GetProcAddress所傳回的值為FARPROC ，因此我們必須做型別轉換。在此我是利用 (FARPROC &) 以reference做型別轉換。
FreeLibrary(hInst) 使用完後，利用FreeLibrary 將該DLL釋放。輸入函式及輸出函式的標準寫法
前面我們使用輸入函式及輸出函式時，為了簡化程式的寫法，因此使用了Borland為了和16位元程式相容而使用的 _export編譯指令，在此我必須指出，這種寫法是非標準的寫法，其實Microsoft在32位元程式中使用了另一種定義輸入函式及輸出函式的寫法，那才是一個放諸四海皆準的寫法，使用 _export式的舊有寫法在諸如Visual C++ 的編譯器中是無法通過編譯的。
在理論上，我們希望可以使用單一的要害字來定義一個輸出函式，就如同 _export一般，然而Microsoft卻在它的32位元程式中使用了另一種要害字來定義輸入及輸出函式，那就是 __declspec要害字，它可以傳入dllimport及dllexport兩個參數，用來分別代表輸入函式及輸出函式。
換句話說，若你要撰寫輸出函式，你必須使用 __declspec(dllexport) 來定義該函式，反之若你要使用輸入函式，則你必須使用 __declspec(dllimport) 來定義該函式。
因此由於輸入及輸出函式的使用方式不同，你必須使用兩個不同的include檔來分別定義之。若你不想如此麻煩，那麼就必須要使用巨集定義來達到一體多用的目的羅，這對少數人持反對論點的人來說，簡直是罪惡（還有人稱之為巨集巫毒--macro woodoo）。
Windows的實作名家Jeffrey Richter，也就是Advanced Windows的作者建議我們使用以下的方法來達到一體多用的效果（同樣是透過巨集巫毒）。
#ifndef _SHOWIMG_H_#define _SHOWIMG_H_
#ifndef IMGDLL#define EXTERN __declspec(dllimport)#else#define EXTERN __declspec(dllexport)#endifvoid EXTERN ShowImage(void);#endif
如此一來，當你在撰寫DLL時撰寫可以撰寫如下函式：
#define IMGDLL#include "image.h"
當使用者在使用DLL時，則只要直接含入image.h即可。如此一來算是解決了利用 __declspec(dllimport) 和 __declspec(dllexport) 的不便了。

必也正名乎的DLL函式命名

談完了標準寫法，再來我們要談談一個更輕易搞混的函式命名原則。本來在正常情況下，我們是不需要理會編譯器的函式命名規則的，因為在使用同一樣編譯器的情況下，不會有什麼太大的問題。然而問題來了，由於DLL是動態連結函式庫，因此它的目標就是希望可以讓多個程式共享程式及資源。所以若是DLL只能為同一種編譯器所使用，那麼它的用途就大打折扣了。因此我們還是必須了解函式的命名方法。同時由於函式命名方式在各種不同的編譯器各不相同，因此我們也必須了解其相異處，最重要的是，我們必須找出其溝通的方式。

C++ Builder的命名規則

除了前面提到的 __declspec編譯指令之外，在C++ Builder尚有幾種修飾字會影響到函數的命名, 它們就是 __cdecl，__stdcall，__pascal，__fastcall四個修飾字。為了了解該修飾字對於函式命名的影響，我們可以用以下的程式來測試之：

#ifndef _DLLNAME01_H_#define _DLLNAME01_H_#ifndef DLLNAME#define EXTERN __declspec(dllimport)#else#define EXTERN __declspec(dllexport)#endifEXTERN void DllName01(void);EXTERN void _stdcall DllName02(void);EXTERN void _cdecl DllName03(void);EXTERN void _pascal DllName04(void);EXTERN void _fastcall DllName05(void);};#endif

以上為程式的定義，同時我們可以在 .CPP檔中撰寫相對應的空函式，然後將其編譯成DLL檔，再利用TDUMP.EXE或是VC++ 內的DUMPBIN.EXE來觀察其內容，由於TDUMP會將函式命名解碼，反而會使混淆原來的名稱，因此以下的輸出是由DUMPBIN.EXE得來。

函式定義 DLL內的函式名摘要說明void DllName01(void) @DllName01$qv 因為是CPP程式碼void _stdcall DllName02(void) @DllName02$QQsv 所以函式名都被修void _cdecl DllName03(void) @DllName03$qv 飾過。void _pascal DllName04(void) @DLLNAME04$QVvoid _fastcall DllName05(void) @DllName05$qqrv

以上結果是否令你丈二金鋼、摸不著頭緒。這是因為我們的程式名稱若以CPP為延伸名，C++Builder會以C++ 特有的命名方式來為函式命名，這種命名方式會在函式名稱後加上其使用參數的性質，如參數類別等。這在C++ 中有一個非凡的名稱，叫做mangled name，這是一種為了要實作出多載函式所發出的命名規則。（注：在C++ 中Add(int) 和Add(double) 可以同時存在，因此必須在object code區分之）。同時這種命名方式由於各個編譯器廠商使用的方式各不相同，因此在撰寫DLL時要避免使用之。為了要避開以上問題，我們改以下列的宣告方式：

#define _DLLNAME01_H_#ifndef DLLNAME#define EXTERN __declspec(dllimport)#else#define EXTERN __declspec(dllexport)#endifextern "C" {EXTERN void DllName011(void);EXTERN void _stdcall DllName022(void);EXTERN void _cdecl DllName033(void);EXTERN void _pascal DllName044(void);EXTERN void _fastcall DllName055(void);};#endif
其中extern "C" ; 是用來告訴編譯器使用C的命名方式，不要使用C++ 的mangled name。若是其中只有一個函式時，你可以直接以下列方式宣告之：extern "C" void __stdcall ShowImage();
現在我們可以檢視除去mangled name後的函式名稱：
函式定義 DLL內的函式名摘要說明void DllName01(void) _DllName01 名稱加底線void _stdcall DllName02(void) DllName02 名稱未變void _cdecl DllName03(void) _DllName03 名稱加底線void _pascal DllName04(void) DLLNAME04 名稱大寫void _fastcall DllName05(void) @DllName05 名稱加@
以上我們可得知，在未加修飾字時和使用_cdecl修飾字時的名稱是一樣的。而 _pascal修飾字所產生的函式名則和16位元的標準DLL 函式名相同（這在VC++ 是不被接受的），__fastcall的函式名稱則加上 @。
其中在WIN32中使用最多的是 _stdcall修飾字，這也是你要撰寫一個可以和其他語言共同使用時所使用的修飾字，其次則為 __cdecl修飾字，這是用來傳送不定參數型別的函式如printf、sprintf等使用的。其馀兩者幾乎在DLL沒有機會使用。
結論：由上可知，在C++Builder中撰寫DLL時必須注重以下事項：

使用 __declspec(dllimport）及 __declspec（dllexport）的標準型式。
注重C++ 的函式名稱編碼（mangled name）。
注重修飾字的使用。除非使用不定參數的函式，否則必使用 __stdcall修

飾字。（4）不要把 __declspec的使用和 __stdcall混淆了。此二者并沒有絕對的相關性。即使是程式老手都可能栽在此處，切記，切記！
怎麼樣，在看完了以上的介紹後，是否有晃然大悟的感覺。在了解以上的規則後，今後不論在撰寫或是使用DLL時遭遇連結的問題時，應該難不倒你吧！最後，我們將標準的DLL宣告方式列於後，以加深你的印象：
#ifndef _SHOWIMG_H_#define _SHOWIMG_H_#ifndef IMGDLL#define EXTERN __declspec(dllimport)#else#define EXTERN __declspec(dllexport)#endifextern "C" EXTERN void __stdcall ShowImage(void);#endif
語言雙雄' C++Builder 和Visual C++ 連結
前面我們已經把關於C++Builder撰寫DLL所應注重到的事項介紹完了，現在我們來談另一個重點 - C++Builder和Visual C++ 的連結。若是你沒有使用過Visual C++ 的話，可以將此部份略去。若是你在程式設計時必須使用到Visual C++ 的DLL或是必須提供DLL給VC++ 或是VB使用時，也許會帶給你意想不到的收獲。
VC++ 使用C++Builder的DLL函式

在Visual C++ 中使用C++Builder的DLL的函式方法和在C++Builder中使用大同小異，唯有幾件事情必須要注重。
（一）Visual C++ 的LIB檔格式和C++Builder的LIB格式不同，因此你必須重新產生一個 LIB。不過，可惜的是VC++ 在32位元的版本中并未提供IMPLIB.EXE函式（這點一直令許多人百思不解），因此你無法很方便地產生LIB檔。解決方法有二：其一是在VC++ 內撰寫一個同名稱的空的DLL函式，令其產生LIB檔，其二則是使用 LoadLibrary、GetProcAddress式的明確呼叫方式。（二）使用前面提到的標準寫法。
C++Builder中使用VC++ 的DLL函式
在C++Builder中使用VC++ 的DLL函式時要注重的是Microsoft在Visual C++ 中使用的非凡命名規則。在VC++ 中命名規則除了前面談到的幾項之外，它還使用了一個非凡的參數命名法，簡言之，就是在函數名稱後面加上參數的大小，這種命名方法會造成C++Builder，VB，Delphi使用的上的困擾。舉例來說
extern "C" _declspec(dllexport) void __stdcall ShowImage(void);
在VC++ 中產生的函式名稱為ShowImage@0（其中0表示參數大小），而不是如在C++Builder中產生的ShowImage，這是VC++ 已知的問題，這個問題也造成了很多使用non-VC++ 的使用者的問題，解決之道是在該DLL的DEF檔中加上以下的敘述EXPORTSShowImage=ShowImage@0如此便可以產生正確的函式名了，若是你不想修改DEF檔，你也可以在程式中加入以下的連結指引#pragma comment(linker,"/exports:ShowImage=ShowImage@0")假設你不確定其正確的名稱，可以利用DumpBin或是TDump觀察之。
以上是針對VC++ 的程式設計的所作的額外說明。最後我們以一個VC++ 程式呼叫本單元的About Dialog DLL做為結束。
動態鏈結函式庫（DLL-Dynamic Linked Library）（圖五）

此程式的要害程式碼如下：void CVcusedllApp::OnAppAbout(){void (*ShowImage)(void);HINSTANCE hInst;hInst = LoadLibrary("DLLSAMP2.DLL");(FARPROC &)ShowImage=GetProcAddress(hInst,"ShowImage");ShowImage();FreeLibrary(hInst);}

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