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Windows基礎-動態連接庫的導出與發布

來源：程序員人生發布時間：2016-11-24 08:37:38 閱讀次數：2495次

本文章將以1個機器人底盤通訊程序為例，給大家展現動態鏈接庫的1種簡單暴力但靈活安全的用法：

將你的最外層類修改成適于封裝成DLL的模樣

1般的程序會包括多層的類封裝，這里我們將最外層類撤除，也就是說這個類拆掉后，類里面的函數都成了全局函數。
如果你有1大把public變量的話，聰明的你可以將變量改成查詢函數，將其內聯并直接return便可：

// 1種查詢底盤運行狀態的函數，返回數據包的首地址并報告包長度
unsigned char* QueryState(int queryFlag, unsigned short* pkgLength);    // 常見的查詢函數
// 1個人物跟蹤器狀態報告函數（直接返回變量的查詢函數）
unsigned int QueryPerson(int queryFlag);    // 里面1個大switch然后各種return

如果有構造和析構函數，在public里另寫1個Init和Release函數。

導出DLL（共3步）

第1步：將最外層的類拆開

// 假定我們有這樣1個類
class MecanumController
{
public:
    enum ChassisState
    {
        CHASSIS_BASE,
        CHASSIS_VOLTAGE,
        CHASSIS_CURRENT,
        CHASSIS_ERRCODE，
        // ...
    };
public:
    bool            Open(const char* port_name);
    unsigned char   SendByte(unsigned char data);
    unsigned char   Move(unsigned short TanslationSpeed, short Yaw, short RotationAngleSpeed);
    unsigned char*  QueryState(int queryFlag, unsigned int bytesLength);
private:
    HANDLE          usart_handle;
    unsigned char   ReceiveByte(unsigned char data);
    void            Helper(void* lp);
};

可以發現，這里有1些private變量，依照常理它應當被封裝起來不可見，這里我們拆開后照舊寫在外便可。
清靜起見，你可以把private里面的聲明放在源文件代碼的上面。
對enum或typedef，如果你的函數的參數直接把枚舉名字寫上去了，建議改成int來減少改動。
清靜起見，把enum和typedef放在源文件代碼的上面。
PS:你也能夠再寫1個頭文件，如果頭文件只含枚舉等方便調用的定義內容，還可與DLL1起發布，便于開發者的查看，視封裝的復雜程度而定，自己進行平衡。
頭文件變化以下，class段完全刪除，只剩下全局聲明：

// 類中的public函數
    bool            Open(const char* port_name);
    unsigned char   SendByte(unsigned char data);
    unsigned char   Move(unsigned short TanslationSpeed, short Yaw, short RotationAngleSpeed);
    void*           QueryState(int queryFlag, unsigned int bytesLength);

在源文件里的變化不過是刪除MecanumController::并把private里的那些聲明拷貝進去。

第2步：在頭文件加入關鍵字

此時，我們的頭文件里只剩下了public函數。
現在，我們在頭文件中加入：

#define  XXXAPI extern "C" _declspec(dllexport) 
// 叫XXXAPI只是1個習慣，XXX代表了1些名字，你也能夠起1個其他的名字或直接不define

并修改這幾個函數聲明，修改后的頭文件像這樣：

//#include"xxx"
#define  output extern "C" _declspec(dllexport) 
output bool             Open(const char* port_name);
output unsigned char    SendByte(unsigned char data);
output unsigned char    Move(unsigned short TanslationSpeed, short Yaw, short RotationAngleSpeed);
output void *           QueryState(int queryFlag, unsigned int bytesLength);

第3步：編譯并導出DLL

如果你的工程不是DLL的，可以在解決方案里新建1個這里寫圖片描述并按之前所做的去配置環境，注意，你輸出的DLL名稱是和你工程名1樣的，建議起好名字，如果不嫌麻煩的話你導出后你可以重命名1下。

按這樣配置后就是1個DLL工程了。
這里寫圖片描述

如果你是win32工程且設置為DLL空項目，照上面修改以后在解決方案管理器中對其右鍵點生成便可導出。
這里寫圖片描述

沒有手抖的話，在輸出里會看到以下信息：
這里寫圖片描述

至此，我們導出了1個DLL。

但是DLL還不能直接供他人使用，我們需要寫1個專用于開發者的DLL頭文件

發布DLL（共兩步）

讓我們先看看動態加載DLL是如何實現的

Windows提供以下Windows API用于DLL的裝載、報告函數入口和DLL的卸載
分別是：

// DLL裝載
HINSTANCE LoadLibraryW(LPCWSTR lpLibFileName);  // Unicode工程使用wchar_t
HINSTANCE LoadLibraryA(LPCSTR lpLibFileName);   // MultiByte工程使用char
// 報告函數入口
FARPROC GetProcAddress(HINSTANCE hModule, _In_ LPCSTR lpProcName);
// DLL卸載
BOOL FreeLibrary(HINSTANCE hLibModule);

LoadLibraryW和LoadLibraryA可以通過宏定義LoadLibrary自動選擇正確的函數，所以我們直接叫這個函數為LoadLibrary，如果函數成功讀取并載入DLL于內存，則返回1個非0的HINSTANCE變量，否則返回NULL。

FARPROC是1個整形變量（int），在minwindef.h中定義。

#ifdef _WIN64
typedef INT_PTR (FAR WINAPI *FARPROC)();
...
#else
typedef int (FAR WINAPI *FARPROC)();
...

在不同解決方案下的長度視工程的目標平臺而定，x64對應64bit整形，x86對應32bit整形，其它未定義的目標平臺同32bit整形。GetProcAddress本身會返回1個存儲函數入口地址的整形變量。
FreeLibrary正常使用便可，傳入HINSTANCE，如果DLL被成功載入則通過DLL載入時給出的HINSTANCE值來卸載DLL。

1個DLL通過LoadLibrary和FreeLibrary可以被屢次使用，對1個DLL文件第1次使用LoadLibrary時，Windows會檢查并將DLL，如果DLL適用則載入內存，DLL占用的計數器加1，當DLL被載入后繼續被其它代碼中的LoadLibrary使用時，Windows會制作1個內存映照來提高空間效力，計數器繼續加1。FreeLibrary是將計數器減1，計數器為0時，Windows從內存中卸載DLL，否則只刪除對應HINSTANCE的映照。（個人理解，不管第幾次載入DLL，DLL只有1個副本存在于內存中，且每次載入都會產生1個內存映照（鏡像）以便于資源管理，對釋放而言，計數器為0時除刪除映照外還多了1個delete操作）

終究我們要封裝成1個類供開發者使用：流程是LoadLibrary，如果成功則用GetProcAddress初始化函數入口，釋放時履行FreeLibrary。

第1步：編寫用戶使用的頭文件

我們給開發者的時候還是1個類封裝，頭文件內容以下：

// MecanumController.h
#pragma once
#include<Windows.h>

class MecanumController
{
public:
    typedef float * State_Value;
    typedef unsigned short * State_Code;
    typedef unsigned char * State_Package;
    enum ChassisState
    {
        CHASSIS_BASE,
        CHASSIS_VOLTAGE,
        CHASSIS_CURRENT,
        CHASSIS_ERRCODE
    };
public:
    // INIT&UINIT
    MecanumController(const char* port_name);   // 不建議直接使用，直接使用不能肯定實例是不是可用，且產生未知的dll計數
    void Release() {                            // 實例可用時卸載實例
        FreeLibrary(hdll);
    }
    __inline static MecanumController * CreateInstance(const char* chassis_port_name) {
        HINSTANCE hd=LoadLibrary(L"MecanumController.dll");
        if(hd == NULL)  return NULL;
        FreeLibrary(hd);
        return new MecanumController(chassis_port_name);
    }                                           // 如果實例可工作，返回1個實例地址，否則返回NULL
    // FUNCTION
    unsigned char(*SendByte)(unsigned char data);
    unsigned char(*Move)(unsigned short TanslationSpeed, short Yaw, short RotationAngleSpeed);
    void *(*QueryState)(int queryFlag, unsigned int bytesLength);
private:
    HINSTANCE hdll;
};

MecanumController::MecanumController(const char* port_name)
{
    // 嘗試載入DLL
    hdll = LoadLibrary(L"MecanumController.dll");
    if (hdll == NULL) return;   
    // 初始化串口，這里外部有helper來保證指定串口可用，普通場景不建議在這里寫1個容易失敗的流程
    ((bool(*)(const char* port_name))GetProcAddress(hdll, "Open"))(port_name);
    // 配置函數入口
    SendByte = (unsigned char(*)(unsigned char data))GetProcAddress(hdll, "SendByte");
    Move = (unsigned char(*)(unsigned short TanslationSpeed, short Yaw, short RotationAngleSpeed))GetProcAddress(hdll, "Move");
    QueryState = (void *(*)(int queryFlag, unsigned int bytesLength))GetProcAddress(hdll, "QueryState");
}

初始化分為兩個函數，其中構造函數去履行不會出錯的流程，專有1個實例化函數來履行容易出錯的流程，在確保成功后返回1個實例。

這個類里面長相奇異的就是函數指針了：

   // FUNCTION
    unsigned char(*SendByte)(unsigned char data);
    unsigned char(*Move)(unsigned short TanslationSpeed, short Yaw, short RotationAngleSpeed);
    void *(*QueryState)(int queryFlag, unsigned int bytesLength);

由于運算符的優先級關系，我們寫1個函數原型的指針時是這樣
返回類型（*名字）（參數），這樣就給機器1個帶棧模型的指針。
使用GetProcAddress時需要類型轉換：

SendByte = (unsigned char(*)(unsigned char data))GetProcAddress(hdll, "SendByte");
Move = (unsigned char(*)(unsigned short TanslationSpeed, short Yaw, short RotationAngleSpeed))GetProcAddress(hdll, "Move");
QueryState = (void *(*)(int queryFlag, unsigned int bytesLength))GetProcAddress(hdll, "QueryState");

你也能夠直接靠GetProcAddress履行1個函數：

((bool(*)(const char* port_name))GetProcAddress(hdll, "Open"))(port_name);

為了便于開發者使用并查詢類型定義，我們還要把定義寫進去。
你也能夠寫1個專門的xxxdef.h來存儲大量的定義，但也有可能可能破壞了簡單的封裝，請自行決定。

public:
    typedef float * State_Value;
    typedef unsigned short * State_Code;
    typedef unsigned char* State_Package;
    enum ChassisState
    {
        CHASSIS_BASE,
        CHASSIS_VOLTAGE,
        CHASSIS_CURRENT,
        CHASSIS_ERRCODE
    };

第2步：測試你的DLL

我們寫1個rundll的程序吧：

// App.c
#include "MecanumController.h"
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    auto chassis = MecanumController::CreateInstance("COM3");
    if (!chassis)   
    {
        cerr << "找不到MecanumController.dll" << endl;
        return -1;
    }
    for (size_t i = 0; i < 100; i++)    chassis->Move(i,0,0);
    system("pause");
    return 0;
}