Системное программирование в среде Windows

Библиотеки DLL, иногда в ограниченном виде, используются практически в любой ОС. Так, в UNIX аналогичные библиотеки фигурируют под названием "разделяемых библиотек" (shared libraries). В Windows библиотеки DLL используются, помимо прочего, для создания интерфейсов ОС. Весь Windows API поддерживается одной DLL, которая для предоставления дополнительных услуг вызывает ядро Windows.

Один код DLL может совместно использоваться несколькими процессами Windows, но после его вызова он выполняется как часть вызывающего процесса или потока, Поэтому библиотека может использовать ресурсы вызывающего процесса, например дескрипторы файлов, и стек потока. Следовательно, DLL должны создаваться таким образом, чтобы обеспечивалась безопасная многопоточная поддержка (thread safety). (Более подробная информация относительно DLL и безопасной многопоточной поддержки содержится в главах 8, 9 и 10. Методы создания DLL, предоставляющих многопоточную поддержку, иллюстрируются программами 12.4 и 12.5.) Кроме того, DLL могут экспортировать переменные, а также точки входа функций. 

Неявное связывание

Неявное связывание, или связывание во время загрузки (load-time linking) является простейшей из двух методик связывания. Порядок действий в случае использования Microsoft C++ следующий:

1. После того как собраны все необходимые для новой DLL функции, осуществляется сборка DLL, а не, например, консольного приложения.

2. В процессе сборки создается библиотечный .LIB-файл, играющий роль заглушки (stub) для фактического кода. Этот файл должен помещаться в каталог библиотек общего пользования, указанный в проекте.

3. В процессе сборки создается также .DLL-файл, содержащий исполняемый модуль. В типичных случаях этот файл размещается в том же каталоге, что и приложение, которое будет его использовать, и приложение загружает DLL в процессе своей инициализации. Вторым возможным местом расположения DLL является рабочий каталог, а далее ОС будет осуществлять поиск .DLL-файла в системном каталоге, каталоге Windows, а также в путях доступа, указанных в переменной окружения PATH.

4. В исходном коде DLL следует предусмотреть экспортирование интерфейсов функций, о чем рассказано ниже.

Экспортирование и импортирование интерфейсов

Самое значительное изменение, которое требуется внести в функцию, прежде чем ее можно будет поместить в DLL, — это объявить ее экспортируемой (UNIX и некоторые другие системы не требуют явного выполнения этого шага). Это достигается либо за счет использования .DEF-файла, либо, что проще и возможно в Microsoft С, за счет использования в объявлениях модификатора _declspec (dllexport) следующим образом:

_declspec(dllexport) DWORD MyFunction (…);

Далее в процессе сборки создаются .DLL-файл и .LIB-файл. .LIB-файл — это библиотека-заглушка, которая должна быть скомпонована с вызывающей программой для разрешения внешних ссылок и создания актуальных связей с . DLL-файлом во время загрузки.

Вызывающая, или клиентская, программа должна объявить о том, что функцию следует импортировать, используя для этого модификатор _declspec (dllexport). Стандартный метод заключается в создании включаемого файла, использующего переменную препроцессора, имя которой формируется на основе имени проекта Microsoft Visual C++, набранного в верхнем регистре и дополненного суффиксом _EXPORTS.

Вам также может потребоваться еще одно объявление. Если вызывающая (клиентская) программа написана на C++, то для нее будет определена переменная препроцессора __cplusplus, и вы должны будете указать на необходимость использования системы соглашений о вызовах, принятой в С, с помощью следующего выражения:

extern "С"

Если, например, в качестве части сборки DLL в проекте MyLibrary определена функция MyLibrary, то содержимое заголовочного файла должно быть таким:

#if defined(MYLIBRARY_EXPORTS)
#define LIBSPEC _declspec(dllexport)
#elif defined(__cplusplus)
#define LIBSPEC extern "C" _declspec(dllimport)
#else
#define LIBSPEC _declspec(dllimport)
#endif
LIBSPEC DWORD MyFunction (…);

Visual C++ автоматически определяет MYLIBRARY_EXPORTS при вызове компилятора, если проект предназначен для создания DLL MyLibrary. Клиентский проект, который использует DLL, переменную MYLIBRARYEXPORTS не определяет, и поэтому имя функции импортируется из библиотеки.

При построении вызывающей программы укажите соответствующий .DLL-файл. Когда будете запускать вызывающую программу на выполнение, убедитесь в наличии доступа к этому файлу; часто это обеспечивается размещением .DLL-файла в одном каталоге с исполняемым файлом. Как ранее уже отмечалось, существует ряд правил поиска DLL, определяющих последовательность просмотра каталогов, в которых Windows будет осуществлять поиск указанного .DLL-файла, а также других DLL и исполняемых файлов, необходимых указанному файлу, прекращая этот поиск, как только будет найден первый подходящий экземпляр. Ниже приведена стандартная последовательность просмотра каталогов при поиске, используемая как в случае явного, так и в случае неявного связывания.

• Каталог, в котором находится загружаемое приложение.

• Текущий каталог, если он отличен от каталога, содержащего исполняемый модуль.

• Системный каталог Windows. Вы можете определить этот путь, вызвав функцию GetSystemDirectory; таковым обычно является каталог с:\WINDOWS\SYSTEM32.

• Системный каталог 16-разрядной Windows, который отсутствует в системах Windows 9x. Функция, позволяющая получить путь доступа к этому каталогу, отсутствует, и для наших целей он оказывается ненужным.

• Каталог Windows (используйте функцию GetWindowsDirectory).

• Каталоги, перечисленные в переменной окружения PATH, которые будут просматриваться в той последовательности, в какой они указаны. 

Заметьте, что этот стандартный порядок просмотра каталогов при поиске можно изменить, о чем говорится в разделе "Явное связывание". Для получения более подробной информации относительно стратегии поиска посетите Web-сайт по адресуа также ознакомьтесь с описанием функции SetDllDirectory, введенной в Windows NT 5.1 (то есть Windows XP). Изменить стратегию поиска позволяет также функция LoadLibraryEx, описанная в следующем разделе.

Применение стандартной стратегии поиска иллюстрируется в проекте Utilities, доступном на Web-сайте книги, а такие вспомогательные функции, как ReportError, используются почти в каждом примере проектов.

Возможно также экспортирование и импортирование переменных, а также точек входа функций, хотя эти возможности в примерах не иллюстрируются.

Явное связывание

Явное связывание, или связывание во время выполнения (run-time linking), требует, чтобы в программе содержались конкретные указания относительно того, когда именно необходимо загрузить или освободить библиотеку DLL. Далее программа получает адрес запрошенной точки входа и использует этот адрес в качестве указателя при вызове функции. В вызывающей программе функция не объявляется; вместо этого в качестве указателя на функцию объявляется переменная. Поэтому во время компоновки программы присутствие библиотеки не является обязательным. Для выполнения необходимых операций требуются три функции: LoadLibrary (или LoadLibraryEx), GetProcAddress и FreeLibrary. На 16-битовое происхождение определений функций указывает присутствие в них дальних (far) указателей и дескрипторов различных типов.