第七次实验要求

实验七 动态链接库的制作与调用（多项式矩阵定义）

1、实验目的

综合运用所学面向对象编程知识完成动态链接库文件的创建、调用，理解动态链接库的工作原理，体会声明和定义分开方法在程序设计中的优势，掌握利用动态链接库实现不同开发平台间混合编程的方法，掌握利用动态链接库实现代码可复用技术，进一步掌握混合开发的方法。

2、实验内容

综合应用所学面向对象编程知识定义一个多项式矩阵类并应用该类实现多项式矩阵类的运算。具体实现该矩阵的加法（采用运算符“+”重载）、转置（采用运算符“-”重载）及输出（采用运算符“<<”重载）操作。将该类制作为动态链接库，然后在其他工程中对该动态链接库进行调用。

注：本次实验为四学时，其中前两个学时完成下面实验指导中给出的一个动态链接库的制作实例，后面两个学时在前面示例的基础上自行设计多项式矩阵的类的定义与使用。

实验指导：先来阐述一下DLL(Dynamic Linkable Library)的概念，你可以简单的把DLL看成一种仓库，它提供给你一些可以直接拿来用的变量、函数或类。在仓库的发展史上经历了“无库－静态链接库－动态链接库”的时代。

静态链接库与动态链接库都是共享代码的方式，如果采用静态链接库，则无论你愿不愿意，lib中的指令都被直接包含在最终生成的EXE文件中了。但是若使用DLL，该DLL不必被包含在最终EXE文件中，EXE文件执行时可以“动态”地引用和卸载这个与EXE独立的DLL文件。静态链接库和动态链接库的另外一个区别在于静态链接库中不能再包含其他的动态链接库或者静态库，而在动态链接库中还可以再包含其他的动态或静态链接库。

对动态链接库，我们还需建立如下概念：

（1）DLL 的编制与具体的编程语言及编译器无关

只要遵循约定的DLL接口规范和调用方式，用各种语言编写的DLL都可以相互调用。譬如Windows提供的系统DLL（其中包括了Windows的API），在任何开发环境中都能被调用，不在乎其是Visual Basic、Visual C++还是Delphi。

（2）动态链接库随处可见

我们在Windows目录下的system32文件夹中会看到kernel32.dll、user32.dll和gdi32.dll，windows的大多数API都包含在这些DLL中。kernel32.dll中的函数主要处理内存管理和进程调度；user32.dll中的函数主要控制用户界面；gdi32.dll中的函数则负责图形方面的操作。

一般的程序员都用过类似MessageBox的函数，其实它就包含在user32.dll这个动态链接库中。由此可见DLL对我们来说其实并不陌生。

（3）VC动态链接库的分类

Visual C++支持三种DLL，它们分别是Non-MFC DLL（非MFC动态库）、MFC Regular DLL（MFC规则DLL）、MFC Extension DLL（MFC扩展DLL）。

非MFC动态库不采用MFC类库结构，其导出函数为标准的C接口，能被非MFC或MFC编写的应用程序所调用；MFC规则DLL 包含一个继承自CWinApp的类，但其无消息循环；MFC扩展DLL采用MFC的动态链接版本创建，它只能被用MFC类库所编写的应用程序所调用。

一个动态链接库的示例：

首先我们做一个动态链接库提供add函数接口的方法，如图1，在VC++中new一个Win32Dynamic-Link Library工程dllTest。注意不要选择MFC AppWizard（dll）。

在建立的工程中添加lib.h及lib.cpp文件，源代码如下：

/* 文件名：lib.h　*/

#ifndef LIB_H

#define LIB_H

extern "C" int__declspec(dllexport)add(int x, int y);

#endif

/* 文件名：lib.cpp　*/

#include "lib.h"

int add(int x, int y)

{

return x + y;

}

这两个文件建立结束后，执行“build”命令完成动态链接库的编译与生成，此时，在该工程目录下的“debug”目录下则会生成dllTest.dll和dllTest.lib文件。

然后，我们也建立一个与DLL工程处于同一工作区的应用工程dllCall，将刚刚生成的两个文件拷贝到该共分成目录下，它调用DLL中的函数add，其源代码如下：

//一、动态调用动态链接库方式

#include <stdio.h>

#include <windows.h>

typedef int(*lpAddFun)(int, int); //宏定义函数指针类型

int main(int argc, char *argv[])

{

HINSTANCE hDll; //DLL句柄

lpAddFun addFun; //函数指针

hDll = LoadLibrary("..\\Debug\\dllTest.dll");

if (hDll != NULL)

{

addFun = (lpAddFun)GetProcAddress(hDll, "add");

if (addFun != NULL)

{

int result = addFun(2, 3);

printf("%d", result);

}

FreeLibrary(hDll);

}

return 0;

}

分析上述代码，在lib.h对函数add的声明前面添加了__declspec(dllexport)语句。这个语句的含义是声明函数add为DLL的导出函数。DLL内的函数分为两种：

（1）DLL导出函数，可供应用程序调用；

（2）DLL内部函数，只能在DLL程序使用，应用程序无法调用它们。

对下面语句进行逐一分析：

首先，语句typedef int ( *lpAddFun)(int,int)定义了一个与add函数接受参数类型和返回值均相同的函数指针类型。随后，在main函数中定义了lpAddFun的实例addFun；

其次，在函数main中定义了一个DLL HINSTANCE句柄实例hDll，通过Win32 Api函数LoadLibrary动态加载了DLL模块并将DLL模块句柄赋给了hDll；

再次，在函数main中通过Win32 Api函数GetProcAddress得到了所加载DLL模块中函数add的地址并赋给了addFun。经由函数指针addFun进行了对DLL中add函数的调用；

最后，应用工程使用完DLL后，在函数main中通过Win32 Api函数FreeLibrary释放了已经加载的DLL模块。

DLL的调用方式

在上面的例子中我们看到了由“LoadLibrary-GetProcAddress-FreeLibrary”系统Api提供的三位一体“DLL加载-DLL函数地址获取-DLL释放”方式，这种调用方式称为DLL的动态调用。

动态调用方式的特点是完全由编程者用 API 函数加载和卸载 DLL，程序员可以决定 DLL 文件何时加载或不加载，显式链接在运行时决定加载哪个 DLL 文件。

静态调用方式的特点是由编译系统完成对DLL的加载和应用程序结束时 DLL 的卸载。当调用某DLL的应用程序结束时，若系统中还有其它程序使用该 DLL，则Windows对DLL的应用记录减1，直到所有使用该DLL的程序都结束时才释放它。静态调用方式简单实用，但不如动态调用方式灵活。

下面我们来看看静态调用的例子，将编译dllTest工程所生成的.lib和.dll文件拷入dllCall工程所在的路径，dllCall执行下列代码：

//二、静态调用动态链接库方式

#pragma comment(lib,"dllTest.lib")//.lib文件中仅仅是关于其对应DLL文件中函数的重定位信息

extern "C"__declspec(dllimport) add(int x,int y);

int main(int argc, char* argv[])

{

int result = add(2,3);

printf("%d",result);

return 0;

}

由上述代码可以看出，静态调用方式的顺利进行需要完成两个动作：

（1）告诉编译器与DLL相对应的.lib文件所在的路径及文件名，#pragmacomment(lib,"dllTest.lib")就是起这个作用。

程序员在建立一个DLL文件时，连接器会自动为其生成一个对应的.lib文件，该文件包含了DLL 导出函数的符号名及序号（并不含有实际的代码）。在应用程序里，.lib文件将作为DLL的替代文件参与编译。

（2）声明导入函数，extern "C" __declspec(dllimport) add(int x,int y)语句中的__declspec(dllimport)发挥这个作用。

静态调用方式不再需要使用系统API来加载、卸载DLL以及获取DLL中导出函数的地址。这是因为，当程序员通过静态链接方式编译生成应用程序时，应用程序中调用的与.lib文件中导出符号相匹配的函数符号将进入到生成的EXE 文件中，.lib文件中所包含的与之对应的DLL文件的文件名也被编译器存储在 EXE文件内部。当应用程序运行过程中需要加载DLL文件时，Windows将根据这些信息发现并加载DLL，然后通过符号名实现对DLL 函数的动态链接。这样，EXE将能直接通过函数名调用DLL的输出函数，就象调用程序内部的其他函数一样。

DLL导出类（实验重点内容）

DLL中定义的类可以在应用工程中使用。

下面的例子里，我们在DLL中定义了point和circle两个类，并在应用工程中引用了它们。

//文件名：point.h，point类的声明

#ifndef POINT_H
#define POINT_H

#ifdef DLL_FILE

class _declspec(dllexport) point //导出类point

#else

class _declspec(dllimport) point //导入类point

#endif

{

public:

double y;

double x;

point();

point(doublex_coordinate, double y_coordinate);

};

#endif

//文件名：point.cpp，point类的实现

#ifndef DLL_FILE

#define DLL_FILE

#endif

#include "point.h"

//类point的缺省构造函数

point::point()

{

x = 0.0;

y = 0.0;

}

//类point的构造函数

point::point(double x_coordinate, doubley_coordinate)

{

x = x_coordinate;

y = y_coordinate;

}

//文件名：circle.h，circle类的声明

#ifndef CIRCLE_H

#define CIRCLE_H

#include "point.h"

#ifdef DLL_FILE

class _declspec(dllexport)circle //导出类circle

#else

class _declspec(dllimport)circle //导入类circle

#endif

{

public:

void SetCentre(const point &rePoint);

void SetRadius(double r);

double GetGirth();

double GetArea();

circle();

private:

double radius;

point centre;

};

#endif

//文件名：circle.cpp，circle类的实现

#ifndef DLL_FILE

#define DLL_FILE

#endif

#include "circle.h"

#define PI 3.1415926

//circle类的构造函数

circle::circle()

{

centre = point(0, 0);

radius = 0;

}

//得到圆的面积

double circle::GetArea()

{

return PI *radius * radius;

}

//得到圆的周长

double circle::GetGirth()

{

return 2 *PI * radius;

}

//设置圆心坐标

void circle::SetCentre(const point &rePoint)

{

centre = rePoint;

}

//设置圆的半径

void circle::SetRadius(double r)

{

radius = r;

}

类的引用：

#include "..\\circle.h"　　//包含类声明头文件

#pragmacomment(lib,"dllTest.lib");

int main(int argc, char *argv[])

{

circle c;

point p(2.0, 2.0);

c.SetCentre(p);

c.SetRadius(1.0);

printf("area:%f girth:%f", c.GetArea(), c.GetGirth());

return 0;

}

从上述源代码可以看出，由于在DLL的类实现代码中定义了宏DLL_FILE，故在DLL的实现中所包含的类声明实际上为：

class _declspec(dllexport) point //导出类point

{

…….

}

和

class _declspec(dllexport) circle //导出类circle

{

…….

}

而在应用工程中没有定义DLL_FILE，故其包含point.h和circle.h后引入的类声明为：

class _declspec(dllimport) point //导入类point

{

…….

}

和

class _declspec(dllimport) circle //导入类circle

{

…….

}

不错，正是通过DLL中的

class _declspec(dllexport) class_name//导出类circle　

{

…….

}

与应用程序中的

class _declspec(dllimport) class_name//导入类

{

…….

}

配对来完成类的导出和导入的！

我们往往通过在类的声明头文件中用一个宏来决定使其编译为class _declspec(dllexport) class_name还是class _declspec(dllimport) class_name版本，这样就不再需要两个头文件。本程序中使用的是：

#ifdef DLL_FILE

class _declspec(dllexport) class_name//导出类

#else

class _declspec(dllimport) class_name//导入类

#endif

由此可见，应用工程中几乎可以看到DLL中的一切，包括函数、变量以及类，这就是DLL所要提供的强大能力。只要DLL释放这些接口，应用程序使用它就将如同使用本工程中的程序一样！