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学逆向论坛»论坛 › 软件安全 › 编程技术 › Dll导出C++类的3种方式(多干货)
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xuenixiang

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[转载图文] Dll导出C++类的3种方式(多干货)

发表于 2020-9-17 08:04:45 | 查看: 4506| 回复: 0
本帖最后由 xuenixiang 于 2020-9-17 08:07 编辑

前段时间在制作动态链接库的时候发现C++直接导出类会产生各种各样的问题（例如：Dll地狱等），查阅相关资料后发现了一种基本上可以完美解决的方法，分享给大家。我会列出3种方式的对比供大家参考。

用到的宏定义：
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#ifdef DLL_EXPORTS
#define DLLAPI __declspec(dllexport)
#else
#define DLLAPI __declspec(dllimport)
#endif

1.Using pure C （纯C语言方式）
include.h头文件：
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//需要导出的类
class IDll
{
public:
    int Sum(int n) { return n + n; }
    void Release(){ delete this; }
};

//导出获取对象的函数
extern "C" DLLAPI IDll* __stdcall GetObj();
//类中需要导出的函数
extern "C" DLLAPI int __stdcall DllSum(IDll *pDll, int n);
//释放对象的函数，类似析构函数，但是使用者必须手动调用
extern "C" DLLAPI void __stdcall DllRelease(IDll *pDll);

Dll.cpp:
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DLLAPI IDll* __stdcall GetObj()
{
    return new IDll;
}

DLLAPI int __stdcall DllSum(IDll *pDll, int n)
{
    int nResult = -1;

    if (pDll)
    {
        nResult = pDll->Sum(n);
    }

    return nResult;
}

DLLAPI void __stdcall DllRelease(IDll *pDll)
{
    if (pDll)
    {
        pDll->Release();
    }
}

使用Dll:
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#include "../Dll/include.h"
#pragma comment(lib,"../Debug/Dll.lib")

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    IDll *pObj = GetObj();

    if (pObj)
    {
        printf("sum: %d\r\n", DllSum(pObj, 42));
        DllRelease(pObj);
        pObj = NULL;
    }
    return 0;
}

这种方式类似与Win32的窗口句柄，用户将句柄作为参数传递给函数，并对对象执行各种操作。
缺点:
1.调用创建对象函数的时候编译器无法判断类型是否匹配，例如：
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// void* GetSomeOtherObject(void) 已定义，并且是其他类的创建函数
IDll pDll = GetSomeOtherObject();
//这种方式编译也会通过

2.需要手动调用Release函数，一旦忘记则会造成内存泄露
3.如果导出的函数的参数支持除基本数据类型以外的其他类型的参数（例如：class），则也得为这些类型提供接口。
2.Using a regular C++ class （C++直接导出类）
include.h
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class CBase
{
public:
    CBase();
    int Sub(int n);
private:
    int m_n;
};
//需要导出的类
class DLLAPI CDll: public CBase
{
public:
    CDll();
    int Sum(int n);
public:
    int m_n;
};

include.cpp
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#include "include.h"

CBase::CBase()
{
    m_n = 999;
}

int CBase::Sub(int n)
{
    return --n;
}

CDll::CDll()
{
    m_n = 123;
}

int CDll::Sum(int n)
{
    return CBase::Sub(n);
}

使用Dll:
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#include "../Dll/include.h"
#pragma comment(lib,"../Debug/Dll.lib")

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    CDll dll;
    std::cout << dll.m_n << std::endl;
    std::cout << dll.Sum(100) << std::endl;
    return 0;
}

输出:

Dll导出C++类的3种方式(多干货)

Dll导出C++类的3种方式(多干货)
缺点：
1.这种方式虽然简单易用，但是局限性很大，而且后期维护会很麻烦，除了导出的东西太多、使用者对类的实现依赖太多之外，还有其它问题：必须保证使用同一种编译器。导出类的本质是导出类里的函数，因为语法上直接导出了类，没有对函数的调用方式、重命名进行设置，导致了产生的dll并不通用。
2.Dll地狱问题:
假设DLL需要升级，对CDll进行了修改，增加了一个成员变量m_n2，其他的都不改变
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class CBase
{
public:
    CBase(){ m_n = 999; }
    ~CBase(){}
    int Sum(int n){ return n + n; }
public:
    int m_n;
};
//需要导出的类
class DLLAPI CDll: public CBase
{
public:
    CDll(){ m_n = 0; m_n2 = 10; }
    ~CDll(){}
    int Sum(int n) { return CBase::Sum(n); }
public:
    //新成员
    int m_n2;
    int m_n;
};

注意，在同一个解决方案下的两个项目，重新编译Dll时Lib文件会改变，使用Dll的项目不能重新编译，输出：

Dll导出C++类的3种方式(多干货)

Dll导出C++类的3种方式(多干货)
原因：
首先，程序语句“CDll dll；”为这个类申请一块内存。这块内存保存该类的所有成员变量，以及虚函数表。内存的大小由类的声明决定，在应用程序编译时就已经确定。当使用“dll.m_n”时,因为在m_n之前定义了一个m_n2，m_n的实现偏移地址实际已经靠后了。所以dll.m_n访问的将是原来m_n后面的那个位置，而这个位置已经超出原来那块内存的后部范围了。
很显然，在更换了DLL后，应用程序还按原来的大小申请了一块内存，而它调用的方法却访问了比这块内存更大的区域，出错再在所难免。

同样的情形还会发生在以下这些种情况中：
1） 应用程序直接访问类的公有变量，而该公有变量在新DLL中定义的位置发生了变化；
2） 应用程序调用类的一个虚函数，而新的类中，该虚函数的前面又增加了一个虚函数；
3） 新类的后面增加了成员变量，并且新类的成员函数将访问、修改这些变量；
4） 修改了新类的基类，基类的大小发生了变化；
等等，总言而之，一不小心，你的程序就会掉进地狱。

通过对这些引起出错的情况进行分析，会发现其实只有三点变化会引起出错，因为这三点是使用这个DLL的应用程序在编译时就需要确定的内容，它们分别是：
1） 类的大小；
2） 类成员的偏移地址；
3） 虚函数的顺序。

要想做一个可升级的DLL，必需避免以上三个问题。所以以下三点用来使DLL远离地狱。
1，不直接生成类的实例。对于类的大小，当我们定义一个类的实例，或使用new语句生成一个实例时，内存的大小是在编译时决定的。要使应用程序不依赖于类的大小，只有一个办法：应用程序不生成类的实例，使用DLL中的函数来生成。把导出类的构造函数定义为私有的(privated)，在导出类中提供静态(static)成员函数(如NewInstance())用来生成类的实例。因为 NewInstance()函数在新的DLL中会被重新编译，所以总能返回大小正确的实例内存。
2，不直接访问成员变量。应用程序直接访问类的成员变量时会用到该变量的偏移地址。所以避免偏移地址依赖的办法就是不要直接访问成员变量。把所有的成员变量的访问控制都定义为保护型(protected)以上的级别，并为需要访问的成员变量定义Get或Set方法。Get或Set方法在编译新DLL时会被重新编译，所以总能访问到正确的变量位置。
3，忘了虚函数吧，就算有也不要让应用程序直接访问它。因为类的构造函数已经是私有 (privated)的了，所以应用程序也不会去继承这个类，也不会实现自己的多态。如果导出类的父类中有虚函数，或设计需要（如类工场之类的框架），一定要把这些函数声明为保护的(protected)以上的级别，并为应用程序重新设计调用该虑函数的成员函数。这一点也类似于对成员变量的处理。

如果导出的类能遵循以上三点，那么以后对DLL的升级将可以认为是安全的。

如果对一个已经存在的导出类的DLL进行维护，同样也要注意：
不要改动所有的成员变量，包括导出类的父类，无论定义的顺序还是数量；不要动所有的虚函数，无论顺序还是数量。

总结起来，其实是一句话：导出类的DLL不要导出除了函数以外的任何内容。
DLL地狱问是归根结底是因为DLL当初是作为函数级共享库设计的，并不能真正提供一个类所必需的信息。类层上的程序复用只有Java和C#生成的类文件才能做到。
3.Using an abstract C++ interface （使用抽象接口方式）
C++抽象接口（仅包含纯虚函数且不包含数据成员的C++类）同时兼顾以下两个方面：与对象无关的纯净接口，以及方便的的面向对象的调用方式。所需要做的就是为头文件提供接口声明并实现工厂函数，该函数将返回新创建的对象实例。仅工厂函数必须与说明__declspec(dllexport/dllimport)符一起声明。该接口不需要任何其他说明符。

include.h
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//定义接口类纯虚函数
struct IDll
{
    virtual int Sum(int n) = 0;
    virtual void Release() = 0;
};
//工厂函数，用于创建对象
extern "C" DLLAPI IDll* __stdcall GetObj();

在上述代码段中，工厂函数GetObj声明为extern "C"。这是必需的，以防止对函数名称的修改。因此，此函数作为常规C函数公开，并且可以被任何C兼容编译器轻松识别.

类的实现cpp文件
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#include "include.h"

class CDll: public IDll
{
    int Sum(int n);
    void Release();
};

int CDll::Sum(int n)
{
    return n + n;
}

void CDll::Release()
{
    delete this;
}

DLLAPI IDll* __stdcall GetObj()
{
    return new CDll;
}

使用Dll:
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#include "../Dll/include.h"
#pragma comment(lib,"../Debug/Dll.lib")

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    IDll *pObj = GetObj();
    std::cout << pObj->Sum(123) << std::endl
    pObj->Release();
    return 0;
}

输出:

Dll导出C++类的3种方式(多干货)

Dll导出C++类的3种方式(多干货)
C++不像其他编程语言（例如C＃或Java）那样为接口提供特殊的概念。但这并不意味着C++无法声明和实现接口。创建C++接口的常用方法是声明一个没有任何数据成员的抽象类。然后，另一个单独的类从接口继承并实现接口方法，以实现对客户端的隐藏。客户端既不知道也不在乎接口的实现方式。它所知道的只是哪些方法可用以及它们做什么。
实现方式
这种方法背后的想法非常简单。仅由纯虚拟方法组成的无成员C++类不过是一个虚表，即一个函数指针数组。函数指针数组由DLL作者填充需要导出的函数在DLL中。然后，在DLL外部使用此指针数组来调用实际的实现。
优点
导出的C++类可以通过抽象接口与任何C++编译器一起使用。
DLL的C运行时库和客户端彼此独立。因为资源获取和释放完全发生在DLL模块内部，客户端不受DLL内部改变的影响。
实现了真正的模块分离。可以重新设计和重建生成的DLL模块，而不会影响项目的其余部分。
如果需要，可以将DLL模块轻松转换为成熟的COM模块。
缺点
创建新对象实例并将其删除需要显式函数调用。但是，智能指针可以解决。
抽象接口方法不能返回或接受常规C++对象作为参数。它是A内置类型（如int，double，char*等）或另一抽象接口。它与C接口的限制相同。
使用智能指针创建对象：
......(后期我会补上)
附：本人经过测试后一种检测DLL加载和卸载的靠谱方法
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BOOL APIENTRY DllMain(HMODULE hModule,
    DWORD  ul_reason_for_call,
    LPVOID lpReserved
    )
{
    switch (ul_reason_for_call)
    {
    case DLL_PROCESS_ATTACH:
        Beep(532, 1000);
        break;
    case DLL_THREAD_ATTACH:
        break;
    case DLL_THREAD_DETACH:
        break;
    case DLL_PROCESS_DETACH:
        Beep(532, 1000);
        break;
    }
    return TRUE;
}

在DLL内尽量不要使用MessageBox函数用来检测，可以使用Win API的Beep函数,Beep可以通过控制主板扬声器的发声频率和节拍来演奏美妙的旋律,有大神用该函数完成了天空之城这首歌,非常有意思.
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https://blog.csdn.net/v1t1p9hvbd/article/details/71523218

最后：附上"奔跑的小河"总结的一些动态链接库的基本知识
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https://www.cnblogs.com/huzongzhe/p/6735189.html


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