Windows系统程序设计之DLL基础
【作者】condor
【来源】看雪技术论坛（www.pediy.com）
【时间】2006.07.01
【附件】testdll.rar
说明：
1 例子程序在 vc6.0 +windows xp 编译测试过
2 需要阅读者对程序进程空间，编译，pe结构有一定的理解
3 这里根据自己认识加上对其他资料整理而成，对dll 简单的介绍
4 还有就是多动手咯：）
1 前言：
有一些程序由很多模块组成，这些模块分别完成相对独立的功能，它们彼此协作来完成整个软件系统的工作。这些
模块就可以是一个DLL文件，比如WindowsAPI中的所有函数都包含在DLL中。3个重要的DLL是Kernel32.dll；User32.dll，GDI32.dll。
一般来说，DLL是一种磁盘文件，以.dll、.drv、.ocx、.sys和许多以.exe为扩展名的系统文件都可以是DLL。
比如：Windows操作系统中的一些作为DLL实现的文件：
•ActiveX控件(.ocx)文件
ActiveX控件的一个示例是日历控件，它使您可以从日历中选择日期。
•控制面板(.cpl)文件
cpl文件的一个示例是位于控制面板中的项。每个项都是一个专用DLL。
•设备驱动程序(.drv)文件
设备驱动程序的一个示例是控制打印到打印机的打印机驱动程序。
使用 DLL 有很多好处，比如促进代码的模块化、代码重用、内存的有效使用和减少所占用的磁盘空间等。
2基本工作原理
2．1 输入节与输出节
Win32的DLL和EXE一样具有PE格式（pe结构请查看这里）。
ah007翻译的“PE文件格式”1.9版
qduwg翻译的PE文件格式
Iczelion's 的PE文件格式
PE结构各字段偏移参考
输出节
PE文件格式其中有个节（section）的是Export Table（输出节），我们使用Visual Studio的dumpbin.exe,先来看看
windows的kernel32.dll的输出节的样子：
C：\windows\system32>dumpbin kernel32.dll /EXPORTS
Microsoft (R) COFF Binary File Dumper Version 6.00.8168
Copyright (C) Microsoft Corp 1992-1998. All rights reserved.
Dump of file kernel32.dll
File Type: DLL
Section contains the following exports for KERNEL32.dll
0 characteristics
41107EE1 time date stamp Wed Aug 04 14:14:57 2004
0.00 version
1 ordinal base
949 number of functions
949 number of names
ordinal hint RVA name
1 0 0000A634 ActivateActCtx
2 1 000392A3 AddAtomA
3 2 00022469 AddAtomW
4 3 0007096F AddConsoleAliasA
5 4 00070931 AddConsoleAliasW
6 5 00058D0A AddLocalAlternateComputerNameA
7 6 00058BEE AddLocalAlternateComputerNameW
8 7 00038682 AddRefActCtx
………………………………………(中间省略)
938 3A9 0000B929 lstrcmpi
939 3AA 0000B929 lstrcmpiA
940 3AB 0000A823 lstrcmpiW
941 3AC 0000C729 lstrcpy
942 3AD 0000C729 lstrcpyA
943 3AE 0000B8EC lstrcpyW
944 3AF 00010311 lstrcpyn
945 3B0 00010311 lstrcpynA
946 3B1 0000B877 lstrcpynW
947 3B2 0000C6E0 lstrlen
948 3B3 0000C6E0 lstrlenA
949 3B4 00009A39 lstrlenW
Summary
5000 .data
6000 .reloc
8E000 .rsrc
82000 .text
可以看到，这些符号是按字母顺序排列的， RVA这一列下面的数字用于指明在DLL文件映
像中的什么位置能够找到输出符号的位移量。序号列可以与1 6位Window s源代码向后兼容，
并且它不应该用于现在的应用程序中。hint（提示码）列可供系统用来改进代码的运行性能，
在此我们不用关心。这些符号都是我们其他其他模块可以调用的。
输入节
相应的我们的可执行程序包含了一个输入节（只适用于隐式调用 参见第4节），列出可执行程
序需要的所有DLL模块名。此外，对于列出的每个DLL名字，该节指明了可执行程序的二进制代
码引用了哪些函数和变量符号。同样我们使用dumpbin来看看我的一个例子程序的输入节
F:\new project\temp\TestDll\Debug>dumpbin testdll.exe /imports
Microsoft (R) COFF Binary File Dumper Version 6.00.8168
Copyright (C) Microsoft Corp 1992-1998. All rights reserved.
Dump of file testdll.exe
File Type: EXECUTABLE IMAGE
Section contains the following imports:
Setings.dll
42528C Import Address Table
42514C Import Name Table
0 time date stamp
0 Index of first forwarder reference
0 sun （第4节中的例子调用， 就是这里哦）
KERNEL32.dll
42517C Import Address Table
42503C Import Name Table
0 time date stamp
0 Index of first forwarder reference
19D HeapDestroy
1B CloseHandle
CA GetCommandLineA
1C2 LoadLibraryA
………………………………………(中间省略)
26A SetFilePointer
1E4 MultiByteToWideChar
1BF LCMapStringA
1C0 LCMapStringW
153 GetStringTypeA
156 GetStringTypeW
27C SetStdHandle
Summary
3000 .data
1000 .idata
2000 .rdata
1000 .reloc
1F000 .text
解释
2．2 加载过程
当加载程序为新进程创建一个虚拟地址空间。可执行进程被映射到新进程的地址空间。
借用kanxue的图来show下：），大概情况如下：
加载程序对可执行程序的输入节进行分析。对于该节中列出的每个DLL名字，加载程序以以下的
顺序找出用户系统上的DLL模块：
1) 包含可执行程序文件的目录。
2) 进程的当前目录。
3) Windows系统目录。
4) Windows目录。
5) PATH环境变量中列出的各个目录。
再将该DLL映射到进程的地址空间。注意，由于DLL模块可以从另一个DLL模块输入函数和变量，
因此DL L模块可以拥有它自己的输入节。若要对进程进行全面的初始化，加载程序要分析每个
模块的输入节，并将所有需要的DLL模块映射到进程的地址空间。如你所见，对进程进行初始
化是很费时间的，不过一般常见的系统dll（如 kernel32.dll）和MFC的dll由系统或其他程序
加载了，就不用重新加载，只需要映射到自己的进程空间就可以了。
一旦可执行程序和所有DLL模块被映射到进程的地址空间中，进程的主线程就可以启动运
行，同时应用程序也可以启动运行。
是不是有点晕，我们来借助一个简单的图来看看（数据结构去看看前面的pe的连接），我们的
程序调用一个叫kernel32.dll的库为例：
OriginalFirstThunk和FirstThunk指向的内容完全一样，文件被装入内存后，差别就
出现了：OriginalFirstThunk的内容不会变，但FirstThunk里数据却会变成与其相对应的
函数的入口地址。内存中的输入表结构如下图所示：
反汇编中call dword ptr [xxxxxxxx]指令中的“xxxxxxxx”就是FirstThunk中的一个
IMAGE_THUNK_DATA的地址，而这个IMAGE_THUNK_DATA在装入完成之后保存的就是与其对应的函数的入口地址。
2．3 others
DLL由全局数据、服务函数和资源组成，在运行时被系统加载到调用进程的虚拟空间中，成为调
用进程的一部分。如果与其它DLL之间没有冲突，该文件通常映射到进程虚拟空间的同一地址上。
DLL模块中包含各种导出函数，用于向外界提供服务。DLL可以有自己的数据段，但没有自己的堆栈，
使用与调用它的应用程序相同的堆栈模式；一个DLL在内存中只有一个实例；DLL实现了代码封装性；
DLL的编制与具体的编程语言及编译器无关。在Win32环境中，每个进程都复制了自己的读/写全局变量。
如果想要与其它进程共享内存，必须使用内存映射文件或者声明一个共享数据段。DLL模块需要的堆栈
内存都是从运行进程的堆栈中分配出来的。Windows在加载DLL模块时将进程函数调用与DLL文件的导出
函数相匹配。Windows操作系统对DLL的操作仅仅是把DLL映射到需要它的进程的虚拟地址空间里去。
DLL函数中的代码所创建的任何对象（包括变量）都归调用它的线程或进程所有。
3如何编写
3．1 __declspec(DLLimport)与__declspec(dllexport)
1 __declspec(DLLimport)：当编译器看到这个符号修饰的变量、函数或C++类时候，就知道
这些（变量、函数或C++类）从某个DLL模块输入的。它不知道是从哪个DLL模块输入的，并且
它也不关心这个问题。编译器只想确保你用正确的方法访问这些输入的符号。你在源代码中
可以引用输入的符号，一切都将能够正常工作。使用的使用我们经常先定义为一个宏，
如#define EXPORT_API extern "C" __declspec(dllimport)只有当你编写C + +代码而
不是直接编写C代码时，才能使用这个修饰符extern "C"。通常来说， C+ +编译器可能
会改变函数和变量的名字，从而导致严重的链接程序问题。例如，假设你用C+ +编写一
个D L L，并直接用C编写一个可执行程序，当你创建D L L时，函数名被改变，但是，当你
创建可执行程序时，函数名没有改变。当链接程序试图链接可执行程序时，它就会抱怨说，
可执行程序引用的符号不存在。如果使用extern“C”，就可以告诉编译器不要改变变量名或
函数名，这样，变量和函数就可以供使用C，C + +或任何其他编程语言编写的可执行程序来访问。
2 __declspec(dllexport)：当编译器看到这个符号修饰的变量、函数或C++类时候，它就将
某些附加信息嵌入产生的.obj文件中。当链接DLL的所有.obj文件时，链接程序将对这些信息进
行分析。当DLL被链接时，链接程序要查找关于输出变量、函数或C++类的信息，并自动生成一个
.lib文件。该.lib文件包含一个DLL输出的符号列表（如果要链接引用该DLL的输出符号的任何可
执行程序，该.lib文件是必不可少的 （见第4节中隐式调用的例子）。同时，链接程序还要将一
个输出节（在第2节中我们使用dumpbin 查看过）嵌入产生的DLL文件。这个输出节包含一个输出
变量、函数和类符号的列表（按字母顺序排列）。该链接程序还将能够指明在何处找到每个符号
的相对虚拟地址（RVA）放入DLL模块。
链接程序创建可执行程序时候，该链接程序必须确定哪些DLL包含代码引用的所有输入符号的DLL。因此
你必须将DLL的.lib文件传递给链接程序（见第4节中隐式调用的例子 ，使用pragma只是其中的一个方法）
。如前所述，.lib文件只包含DLL模块输出的符号列表。链接程序只想知道是否存在引用的符号和哪个DLL
模块包含该符号。如果连接程序转换了所有外部符号的引用，那么可执行程序就因此而创建成功。
3．2 一个简单例子
恩，基础知识介绍完了，动手写最简单的一个dll吧
setingsdll.h：采用动态编译是因为调用模块，即你的可执行程序要包含这个.h文件
( 希望导入符号 ，需要 __declspec(dllimport) 这样声明) ，而setingsdll.cpp 也要包含这个.h文件
（希望导出符号， 需要 __declspec(dllexport) 这样声明）
代码:
―――――――――――――――――――――――――――――――――
#ifdef EXPORT_DLL
#define EXPORT_API extern "C" __declspec(dllexport)
#else
#define EXPORT_API extern "C" __declspec(dllimport)
#endif
EXPORT_API int sun(int a,int b);
―――――――――――――――――――――――――――――――――
setingsdll.cpp：
―――――――――――――――――――――――――――――――――
#define EXPORT_DLL 1
#include "setingsDll.h"
EXPORT_API int sun(int a,int b){
return a+b;
}
―――――――――――――――――――――――――――――――――
当然如果你的dll是被显式调用的 还可以这样写
setingsdll.h：
―――――――――――――――――――――――――――――――――
#define EXPORT_API extern "C" __declspec(dllexport)
EXPORT_API int sun(int a,int b);
―――――――――――――――――――――――――――――――――
setingsdll.cpp：
―――――――――――――――――――――――――――――――――
#include "setingsDll.h"
EXPORT_API int sun(int a,int b){
return a+b;
}
―――――――――――――――――――――――――――――――――
呵呵，是不是写一个dll，很简单啊，接下来该如何调用了，我们继续吧。
4 如何调用
Dll调用有2种方法：显式调用和隐式调用。接上节的例子，我们编写以下调用的例子，
来说明这个两种调用方式：
显式调用:Testdll.cpp
代码:
―――――――――――――――――――――――――――――――――
/*
在应用程序中用 LoadLibrary 加载，再用 GetProcAddress() 获取想要引入的函数的地址，你就可以象使用
如同本应用程序自定义的函数一样来调用此引入函数了。在应用程序退出之前，应该用 FreeLibrary释放动态连接库。
*/
#include "windows.h"
#include "stdio.h"
int main(int argc, char* argv[])
{
HINSTANCE ghMathsDLL=NULL;
typedef int (*SUMMARY)(int,int);
SUMMARY Sun;
ghMathsDLL=LoadLibrary("setings.DLL");
//如果载入DLL失败，提示用户
if(ghMathsDLL==NULL)
{
MessageBox(NULL,"Cannot load DLL file!","error",MB_OK);
}
//获得DLL中Summary函数的指针
Sun=(SUMMARY)GetProcAddress(ghMathsDLL,"sun");
printf("%d\n",Sun(3,3));
FreeLibrary(ghMathsDLL);
return 0;
}
―――――――――――――――――――――――――――――――――
隐式调用
代码:
―――――――――――――――――――――――――――――――――
#include "windows.h"
#include "stdio.h"
#include "../setingsdll/setingsDll.h"// 使用隐式调用时的调用方法
#pragma comment( lib, "../debug/Setings.lib" )// 使用隐式调用时的调用方法 ,使用pragma只是其中的一个方法哦
int main(int argc, char* argv[])
{
printf("%d\n",sun(3,3));
// printf("summary:%d\n",Summary(5)); //in the static lib
return 0;
}
―――――――――――――――――――――――――――――――――
附件例子程序是以前写的，就贴出来的整理了下。
5 感受
写着写着，觉得这方面的资料已经很多了，都不知道写什么好。不过都决定要写，还是硬是写完了。
最近实在比较忙，有空的时候又被世界杯占据了：）磨蹭了这么久。
【参考文献】
[1]DLL(Dynamic Link Libraries)专题 姜山
http://www.microsoft.com/china/community/program/OriginalArticles/techdoc/dll.mspx
[2] 《Windows核心编程》jeffrey Richter
[3] 什么是 DLL microsoft
http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=kb;zh-cn;815065
http://www.microsoft.com/china/community/program/OriginalArticles/techdoc/dll.mspx
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