Системное программирование в среде Windows

Статические и динамические библиотеки

Самый непосредственный способ построения любой программы — это объединение исходных кодов всех функций, их компиляция и компоновка всех необходимых элементов в один исполняемый модуль. Чтобы упростить процесс сборки, такие функции общего назначения, как ReportError, можно поместить в библиотеку. Этот подход применялся во всех представленных до сих пор примерах программ, хотя и касался всего лишь нескольких функций, большинство из которых предназначались для вывода сообщений об ошибках.

Эта монолитная, одномодульная модель отличается простотой, однако обладает и рядом недостатков.

• Исполняемый модуль может разрастаться до больших размеров, занимая большие объемы дискового пространства и физической памяти во время выполнения и требуя дополнительных усилий для организации управления модулем и передачи его пользователям.

• При каждом обновлении потребуется повторная сборка всей программы, даже если необходимые изменения незначительны или носят локальный характер.

• Каждый исполняемый модуль тех программ в системе, которые используют эти функции, будет иметь свои экземпляры функций, версии которых могут различаться. Подобная схема компоновки приводит к тому, что при одновременном выполнении нескольких таких программ будет напрасно расходоваться дисковое пространство и, что намного существеннее, физическая память.

• Для достижения наилучшей производительности в различных средах может потребоваться использование различных версий программы, в которых применяются различные методики. Так, функция Asc2Un в программе 2.4 (atou) и программе 5.3 (Asc2UnMM) реализована по-разному. Единственный способ выполнения программ, имеющих несколько различных реализаций, — это заранее принять решение относительно того, какую из двух версий запускать, исходя из свойств окружения.

Библиотеки DLL обеспечивают возможность элегантного решения этих и других проблем. 

• Библиотечные функции не связываются во время компоновки. Вместо этого их связывание осуществляется во время загрузки программы (неявное связывание) или во время ее выполнения (явное связывание). Это позволяет существенно уменьшить размер модуля программы, поскольку библиотечные функции в него не включаются.

• DLL могут использоваться для создания общих библиотек (shared libraries). Одну и ту же библиотеку DLL могут совместно использовать несколько одновременно выполняющихся программ, но в память будет загружена только одна ее копия. Все программы отображают код DLL на адресные пространства своих процессов, хотя каждый поток будет иметь собственный экземпляр неразделяемого хранилища в стеке. Например, функция ReportError использовалась почти в каждом из приведенных ранее примеров программ, тогда как для всех программ было бы вполне достаточно ее единственной DLL-реализации.

• Новые версии программ или другие возможные варианты их реализации могут поддерживаться путем простого предоставления новой версии DLL, а все программы, использующие эту библиотеку, могут выполняться как новая версия без внесения каких бы то ни было дополнительных изменений.

• В случае явного связывания решение о том, какую версию библиотеки использовать, программа может принимать во время выполнения. Разные библиотеки могут быть альтернативными вариантами реализации одной и той же функции или решать совершенно иные задачи, как если бы они были независимыми программами. Библиотека выполняется в том же процессе и том же потоке, что и вызывающая программа.

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.