下面我們來看看 Windows 平臺下應用程序是怎么調用 Windows 提供的底層 API 服務運行的。

我們編寫 Win32SDK 程序時，需要彈出對話框以作出友好的選擇， MessageBox 這個 API 函數(shù)就可以實現(xiàn)該功能。在開頭要添加 <windows.h> ， 因為其包含了眾多的 API 函數(shù)聲明頭文件。為了探究這個小小的 MessageBox 是怎么彈出來的，我們右擊 MessageBox ，選擇“ Go to definition of MessageBox( 轉到定義 ) ”將打開 <winuser.h> 中 MessageBox 定義處。 MessageBox(A/W) 的函數(shù)原型聲明如下：

// WINUSER.H

WINUSERAPI

int

WINAPI

MessageBoxA (

HWND hWnd ,

LPCSTR lpText ,

LPCSTR lpCaption ,

UINT uType );

WINUSERAPI

int

WINAPI

MessageBoxW (

HWND hWnd ,

LPCWSTR lpText ,

LPCWSTR lpCaption ,

UINT uType );

#ifdef UNICODE

#define MessageBox MessageBoxW

#else

#define MessageBox MessageBoxA

#endif // !UNICODE

我們在使用 Windows 窗口操作系統(tǒng)時，經(jīng)常會蹦出大大小小的 窗口， MessageBox 只是 Windows 作為提示的對話框窗口單元。那么， MessageBoxW 這個 API 函數(shù)到底在哪里實現(xiàn)的呢？應用程序是如何調用系統(tǒng)接口函數(shù)的呢？

動態(tài)鏈接庫（ .dll ）

初窺 DLL

實際上 Windows API 函數(shù)是定義在一些 DLL 中的， DLL 實現(xiàn)了代碼封裝，從這個角度來看 DLL 才是真正意義上的 API 函數(shù)包，它是非開源 Windows 操作系統(tǒng)提供給我們的底層接口。 DLL 的編制與具體的編程語言及編譯器無關。

動態(tài)鏈接庫 dll 文件（ Linux 中與之對應的是的 .so ） 存放在 C:/WINDOWS/system 目錄和 C:/WINDOWS/system32 目錄下，它在被應用程序調用時才同程序相鏈接。

其中 Windows 系統(tǒng)最重要的 DLL 是 User32.dll 、 Gdi32.dll 和 Kernel32.dll 這三個庫文件。這三個庫文件中的 API 函數(shù)大都在頭文件 <windows.h> 中進行了聲明。從功能上進行分類， User32.dll （ Windows XP USER API Client DLL ）定義了窗口管理函數(shù)，包括窗口的創(chuàng)建、顯示、設置和移動等； Gdi32.dll （ GDI Client DLL ）定義了圖形設備函數(shù)（ GDI ），實現(xiàn)與設備無關的繪圖功能； Kernel32.dll （ Windows NT BASE API Client DLL ）定義了系統(tǒng)服務函數(shù)，包括諸如內存調度、進程管理等與操作系統(tǒng)有關的底層功能。我們可以通過三種方式來查看 DLL 文件中的導出函數(shù)信息：（ 1 ）使用 Windows 系統(tǒng)的 dumpbin 命令（在命令行中： C:/WINDOWS/system32> dumpbin ntdll.dll /exports ）；（ 2 ）使用 VC 自帶的 Depends 工具（ Microsoft Visual Studio 6.0 Tools à Depends 或 Visual Studio 2005 命令行提示 à depends ）；（ 3 ） Dll 函數(shù)查看器 （ ViewDll 或 ExeScope ）。以下使用 VC 自帶的 Depends 工具查看 user32.dll 中 MessageBox 函數(shù)系列。

DLL 與 API

正如 Java 的跨平臺（ Write Once, Run Everywhere ）需要 JVM 的支持一樣， C/C++ 成為跨平臺的編程語言，依賴各個平臺（包括操作系統(tǒng)和編譯器）對 C/C++ 標準函數(shù)庫的具體平臺實現(xiàn)。

VS 編譯器自帶的標準 C 函數(shù)庫 <stdio.h> ， <stdlib.h> ， <string.h> ， <math.h> 中聲明的函數(shù)可以到 C:/Program Files/Microsoft Visual Studio/VC98/CRT/SRC( 或 C:/Program Files/Microsoft Visual Studio 8/VC/crt/src) 中查看相關實現(xiàn)源代碼。 strcat.c 文件提供了 strcat 和 strcpy 函數(shù)的源碼 , 在 Windows 系統(tǒng)中， C: / WINDOWS/system32/ ntdll.dll 提供了 strcat 和 strcpy 這兩個 CRT API 的底層實現(xiàn)。用戶對 C 函數(shù)的調用最終通過調用底層 API 來完成真正的功能。例如 C 標準庫函數(shù) create 用于創(chuàng)建文件，但它是靠調用 CreateFile （ kernel32.dll ） 函數(shù)來完成創(chuàng)建文件功能的； beginthread( process.h,thread.c ) 需要調用 CreateThread （ kernel32.dll ） 函數(shù)來完成線程的創(chuàng)建。

DLL 的移植升級

Windows 將遵循下面的搜索順序來定位 DLL ： 包含 EXE 文件的目錄 > 進程的當前工作目錄 >Windows 系統(tǒng)目錄 >Windows 目錄 > 列在 Path 環(huán)境變量中的一系列目錄。

如果你在本機編寫一個 Windows 應用程序，移植到其他機子上 ( 當然也是 Windows 操作系統(tǒng) ) ，有可能因為缺少相關 DLL 文件而無法執(zhí)行。因為 DLL 是動態(tài)鏈接，就是隨用隨加載，這就是為什么我們玩 3D 游戲時經(jīng)常彈出缺少 d3dx9***.dll 的錯誤提示。如果啟動的程序調用了一個過期的 DLL 文件或不匹配的 DLL 文件，則會出現(xiàn)“未定義的動態(tài)鏈接調用”消息。

動態(tài)鏈接庫除了實現(xiàn)代碼的共享外，其模塊封裝特性使得應用程序在調用一個 DLL 的不同版本時，只要導出的函數(shù)名相同就不必進行重新編譯鏈接。這樣，軟件產(chǎn)品在更新或升級時，客戶程序不必進行改動。在開發(fā)軟件產(chǎn)品時，對于通用功能的函數(shù)，一般以 DLL 的形式來實現(xiàn)。 Windows 設備驅動程序就是體現(xiàn)上述特點的動態(tài)鏈接庫。

DLL 的調用

動態(tài)鏈接庫的調用方式又分為隱式調用（也稱靜態(tài)調用，需要 .lib 文件）和顯式調用（也稱動態(tài)調用， LoadLibrary à GetProcAddress à FreeLibrary ）。

那么，在我們編寫的程序中，如何調用 DLL 中的 API 呢？既然用戶對 C 函數(shù)的調用最終是通過調用底層 API 來完成真正的功能，那么，我們在編寫第一個 Hello World 程序時就已經(jīng)不知不覺地調用了 DLL 。實際上 <stdio.h> 中定義的 printf 函數(shù)由 msvcrt.dll 函數(shù)導出，而 *printf 系列函數(shù)在 ntdll.dll 中有具體底層實現(xiàn)。

DLL 文件包括了具體實現(xiàn)的代碼編譯后的結果（二進制的機器碼），而頭文件中的代碼主要是 DLL 庫文件 導出函數(shù)的原型聲明。 <winuser.h> 即主要對 user32.dll 中導出的函數(shù)做聲明索引， 所以若要使用 MessageBox(A/W) ， 需 #include <winuser.h> （已被 <windows.h> 包含）。正如調用 printf 函數(shù)需要 #include <stdio.h> 。

在調用 printf 函數(shù)或 MessageBox 函數(shù)時，我們僅僅包含了聲明頭文件，沒有顯式 LoadLibrary à GetProcAddress ，那我們是如何是隱式調用（定位） DLL 中的 API 的呢？實際上我們在利用 VC 向導生成一個 Win32 Console Application 時，向導已經(jīng)為項目設置了 link 項（ Project Settings à Link à Input à Object/library modules ），其中默認鏈接 kernel32.lib 、 user32.lib 、 gdi32.lib 等。

靜態(tài)鏈接庫（ .lib ）

目標代碼集靜態(tài)鏈接庫

在早期庫的組織形式相對簡單，里面的目標代碼只能夠進行靜態(tài)鏈接，所以我們稱為“靜態(tài)庫”，靜態(tài)庫的結構比較簡單，其實就是把原來的目標代碼（ *.obj) 集合在一起，鏈接程序 LINKER 根據(jù)每一份目標代碼的符號表查找相應的符號（函數(shù)和變量的名字），找到的話就把該函數(shù)里面需要定位的進行定位，然后將整塊函數(shù)代碼放進可執(zhí)行文件里，若是找不到需要的函數(shù)就報錯退出。標準 Turbo C2.0 中的 C 庫函數(shù)，例如 scanf 、 printf 、 memcpy 、 strcpy 等，就是使用的靜態(tài)庫技術。

以下是 C 程序的編譯鏈接過程： (1) 執(zhí)行 cl /c main.c;cl /c lib1.c;cl /c lib2.c 生成了 main.obj lib1.obj lib2.obj 三個文件； (2) 執(zhí)行 link /lib lib1.obj;link /lib lib2.obj 生成了 2 個文件 lib1.lib lib2.lib ； (3) 執(zhí)行 link main.obj lib1.lib lib2.lib 生成 main.exe 。

靜態(tài)鏈接 lib 庫（ Linux 中與之對應的是的 .a ） 的兩個特點：

（ 1 ）鏈接后產(chǎn)生的可執(zhí)行文件包含了所有需要調用的函數(shù)的代碼，因此占用磁盤空間較大。

（ 2 ）如果有多個（調用相同庫函數(shù)的）進程在內存中同時運行，內存中就存有多份相同的庫函數(shù)代碼，因此占用內存空間較多。

DLL 隱式調用靜態(tài)鏈接庫

使用 DLL 隱式鏈接時，可執(zhí)行程序鏈接到一個包含 DLL 導出函數(shù)信息的輸入庫文件 (.LIB 文件 ) 。操作系統(tǒng)在加載使用可執(zhí)行程序時加載 DLL 。可執(zhí)行程序直接通過函數(shù)名像調用其他源文件中的函數(shù)一樣調用 DLL 中的導出函數(shù)。

我們可以用記事本打開 C:/Program Files/Microsoft Visual Studio/VC98/Lib 中的 USER32.LIB 文件，其中有

__imp__MessageBoxA@16_ MessageBoxW @16 // 這里 16 為參數(shù)的字節(jié)數(shù)

? _ MessageBoxW @16 USER32.dll USER32.dll/ 889206797

靜態(tài)鏈接庫 lib 文件中存放的是接口函數(shù)的入口地址， dll 中存放的是函數(shù)實體。當我們隱式調用 dll 時，需要在 Link 選項指明其對應的 lib 庫。 lib 告訴編譯器你的 dll 都導出了什么函數(shù)，以及這些函數(shù)的相對地址，運行的時候就根據(jù)這些信息就可以找到 dll 中相應的 API 。

除了在“ Project Settings à Link à Input à object/library modules” 中填寫靜態(tài)鏈接庫（ *.lib ）外，我們還可以通過 #pragma comment 宏顯示輸入 *.lib 庫文件， 例如在網(wǎng)絡編程中需要添加 WS2_32.LIB 庫，則可以在文件的開頭包含頭文件后 #pragma comment ( lib , "WS2_32.LIB" ) 引入靜態(tài)鏈接庫文件。

由于 我們 經(jīng)常 要調用一些第三方廠商或其他編譯器編寫的動態(tài)鏈接庫，但是一般都不提供源文件或 .lib 文件。我們若知道相應 API 的函數(shù)原型，通過 LoadLibrary à GetProcAddress 以實現(xiàn)正確的調用。如果隱式調用，則需要 lib 文件，可使用 DLL2LIB 工具生成 DLL 對應的 LIB 文件。

在編寫 MFC 項目時，我們打開 Project Settings à General 的 Microsoft Foundation Classes 里面有兩種鏈接方式： Use MFC in a Static Library ， Use MFC in a Shared Library 。對應在 Visual Studio 2005 中“項目屬性 à 配置屬性 à 常規(guī) à MFC 的使用”中設置鏈接方式。

如果選擇 Use MFC in a Shared Library 的話，你編譯后的程序中不包含 MFC 庫，所以文件會比較小，但是如果你的程序直接移到一個沒有安裝過 MFC 的機器上時，可能會導致找不到 MFC 的 DLL ，故發(fā)布時要帶 MFC 得 DLL 文件。如果選擇 Use MFC in a Static Library ，那么編譯后的程序就直接包含了 MFC 的靜態(tài)鏈接庫（目標代碼集，相當于基于源碼級集成），文件可能會大一些，但是可以直接移到其他機器上運行，即發(fā)布時不用帶 MFC 的 DLL 文件。

參考：

《 動態(tài)鏈接庫 DLL 的創(chuàng)建和使用 》

《 深入探究 VC- 編譯 器 CL.EXE 》

《 隱式 鏈接 無.LIB 動態(tài)鏈 接 庫 》

由MessageBox透視Win32 API的調用