DAQ事業(yè)部  李定軍

 

    DLL（動態(tài)鏈接庫）文件是Dynamic Link Library的縮寫形式，是一種允許程序共享執(zhí)行特殊任務(wù)所必需的代碼和其他資源的可執(zhí)行文件。其多數(shù)情況下是帶有DLL擴(kuò)展名的文件，但也可能是EXE或其他擴(kuò)展名。Windows提供的DLL文件中包含了允許基于Windows的程序在Windows環(huán)境下操作的許多函數(shù)和資源。動態(tài)鏈接提供了一種方法，使進(jìn)程可以調(diào)用不屬于其可執(zhí)行代碼的函數(shù)。這些函數(shù)的可執(zhí)行代碼位于一個DLL中，該DLL包含一個或多個已被編譯、鏈接并與使用它們的進(jìn)程分開存儲的函數(shù)。DLL還有助于共享數(shù)據(jù)和資源，多個應(yīng)用程序可同時訪問內(nèi)存中單DLL副本的內(nèi)容。總之，DLL是一個包含可由多個程序同時使用的代碼和數(shù)據(jù)的庫。動態(tài)鏈接是相對于靜態(tài)鏈接而言的。所謂靜態(tài)鏈接是指把要調(diào)用的函數(shù)或者過程鏈接到可執(zhí)行文件中，成為可執(zhí)行文件的一部分。換句話說，函數(shù)和過程的代碼就在程序的exe文件中，該文件包含了運(yùn)行時所需的全部代碼。當(dāng)多個程序都調(diào)用相同函數(shù)時，內(nèi)存中就會存在這個函數(shù)的多個拷貝，這樣就浪費(fèi)了寶貴的內(nèi)存資源。而動態(tài)鏈接所調(diào)用的函數(shù)代碼并沒有被拷貝到應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件中去，而是僅僅在其中加入了所調(diào)用函數(shù)的描述信息（往往是一些重定位信息）。僅當(dāng)應(yīng)用程序被裝入內(nèi)存開始運(yùn)行時，在Windows的管理下，才在應(yīng)用程序與相應(yīng)的DLL之間建立鏈接關(guān)系。當(dāng)要執(zhí)行所調(diào)用DLL中的函數(shù)時，根據(jù)鏈接產(chǎn)生的重定位信息，Windows才轉(zhuǎn)去執(zhí)行DLL中相應(yīng)的函數(shù)代碼。

    由于向運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)下的程序提供代碼、數(shù)據(jù)或函數(shù)，程序可根據(jù)DLL文件中的指令打開、啟用、查詢、禁用和關(guān)閉驅(qū)動程序。在Windows操作系統(tǒng)中,DLL對于程序執(zhí)行是非常重要的, 因為程序在執(zhí)行的時候, 必須鏈接到DLL文件, 才能夠正確地運(yùn)行。而有些DLL文件可以被許多程序共用,因此程序設(shè)計人員可以利用DLL文件, 使程序不至于太過巨大。但是當(dāng)安裝的程序越來越多,DLL文件也就會越來越多, 如果當(dāng)刪除程序的時候, 沒有用的DLL文件沒有被刪除的話, 久而久之就造成系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)了。

    通過使用DLL，程序可以實現(xiàn)模塊化，由相對獨(dú)立的組件組成。因為模塊是彼此獨(dú)立的，所以程序的加載速度更快，而且模塊只在相應(yīng)的功能被請求時才加載。此外，可以更為容易地將更新應(yīng)用于各個模塊，而不會影響該程序的其他部分。例如，可能有一個工資計算程序，稅率每年都會更改，當(dāng)這些更改被隔離到 DLL中以后，我們無需重新生成或安裝整個程序就可以應(yīng)用更新。

    總的來說，使用DLL文件有以下好處：1、多個應(yīng)用程序可以共享代碼和數(shù)據(jù)。比如Office軟件的各個組成部分有相似的外觀和功能，這就是通過共享動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)的。2、在鉤子程序過濾系統(tǒng)消息時必須使用動態(tài)鏈接庫。3、動態(tài)鏈接庫以一種自然的方式將一個大的應(yīng)用程序劃分為幾個小的模塊，有利于小組內(nèi)部成員的分工與合作，而且各個模塊可以獨(dú)立升級。如果小組中的一個成員開發(fā)了一組實用例程，他就可以把這些例程放在一個動態(tài)鏈接庫中，供其他成員使用。4、實現(xiàn)應(yīng)用程序的國際化，往往需要使用動態(tài)鏈接庫。使用動態(tài)鏈接庫可以將針對某一國家、語言的信息存放在其中。例如，在使用AppWizard生成應(yīng)用程序時，我們可以指定資源文件使用的語言，這就是通過提供不同的動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)的。對于不同的版本，使用不同的動態(tài)鏈接庫，常用的一些編程軟件均可以編寫DLL文件。DLL不是獨(dú)立運(yùn)行的程序，而是某個程序的一個部分，它只能由所屬的程序調(diào)用，用戶不能，也不需要打開它。

 

    LabVIEW支持通過調(diào)用DLL文件的方式與其它編程語言混合使用。比如，在實際的工程項目中，用戶可以用C++語言實現(xiàn)軟件的運(yùn)算部分，并把這些功能構(gòu)建在DLL文件中，然后再使用 LabVIEW編寫程序的界面部分，并通過調(diào)用編寫好的DLL來調(diào)用運(yùn)算部分的功能。

    LabVIEW 中是通過Call Library Function Node（CLN）節(jié)點來完成DLL文件調(diào)用的。創(chuàng)建一個新的VI，右擊程序框圖，在Functions Palette中依次選中Connectivity——Libraries&Executables工具欄即可找到該節(jié)點（圖1）。

 

    將節(jié)點放置在程序框圖中，雙擊會出現(xiàn)它的配置對話框，共有四頁。第一頁用于填寫被調(diào)用函數(shù)的信息（圖2）。Library name or path需給出DLL文件名和路徑，操作系統(tǒng)路徑下的DLL文件，直接輸入文件名也可調(diào)用，否則必須輸入全路徑。在這里已經(jīng)給出名字的DLL是被靜態(tài)加載到程序中的，也就是說當(dāng)調(diào)用了這個DLL的VI被裝入內(nèi)存時，DLL同時被裝入內(nèi)存。LabVIEW也可動態(tài)加載DLL，只要勾選上Specify path on diagram的選項即可。選擇了這個選項，在 Library name or path中輸入的內(nèi)容就無效了，取而代之的是CLN 節(jié)點多出一對輸入輸出，用于指明所需要使用的DLL的路徑。這樣，當(dāng)VI被打開時，DLL不會被裝入內(nèi)存，只用程序運(yùn)行到需要使用這個DLL中的函數(shù)時，才把其裝入內(nèi)存。Function name是需要調(diào)用的函數(shù)的名稱，LabVIEW會把DLL中所有的暴露出來的函數(shù)都列出，用戶只要在下拉框中選取即可。Thread欄用于設(shè)定哪個線程里運(yùn)行被調(diào)用的函數(shù)。用戶可以通過 CLN 節(jié)點的配置面板來指定被調(diào)用函數(shù)運(yùn)行所在的線程。CLN 的線程選項非常簡單，只有兩項： Run in UI thread和Run in any thread。LabVIEW的程序框圖上直接可以看出一個 CLN節(jié)點是選用

 

 

圖2 填寫被調(diào)用函數(shù)信息的什么線程。如果Run in UI thread，節(jié)點顏色是橙色的；Run in any thread則是淺黃色的（圖3）。

 

 

圖3 CLN不同線程對比

 

    通常情況下，除非使用的動態(tài)鏈接庫是多線程安全的，CLN 中選擇Run in any thread方式；否則必須選擇Run in UI thread方式。判斷一個動態(tài)鏈接庫是不是多線程安全的，需通過以下方法：如果一個動態(tài)鏈接庫的文檔中沒有明確說明它是多線程安全的，那么就要當(dāng)作是非多線程安全的；在可以看到動態(tài)鏈接庫源代碼的條件下，如果代碼中存在全局變量、靜態(tài)變量或者代碼中看不到有l(wèi)ock一類的操作，那么這個動態(tài)鏈接庫也就肯定不是多線程安全的。

    選擇了Run in any thread方式，LabVIEW會在最方便的線程內(nèi)運(yùn)行動態(tài)鏈接庫函數(shù)，且一般會與調(diào)用它的VI在同一個線程內(nèi)運(yùn)行。因為LabVIEW是自動多線程的語言，它也很可能會把動態(tài)鏈接庫函數(shù)分配給一個單獨(dú)的線程運(yùn)行。如果程序中存在沒有直接或間接先后關(guān)系的兩個CLN節(jié)點，LabVIEW很可能會同時在不同的線程內(nèi)運(yùn)行它們所調(diào)用的函數(shù)，也許是同一函數(shù)。對于非多線程安全的動態(tài)鏈接庫，這是很危險的操作。很容易引起數(shù)據(jù)混亂，甚至是程序崩潰。

    選擇Run in UI thread方式，因為LabVIEW只有一個界面線程，所以如果所有的CLN設(shè)置都是界面線程，那么就可以保證這些CLN調(diào)用的函數(shù)肯定全部都運(yùn)行在同一線程下，肯定不會被同時調(diào)用。對于非多線程安全的動態(tài)鏈接庫，這種方式就保證了它的安全。

    讓我們回到配置對話框第一頁，Calling convention用于指明被調(diào)用函數(shù)的調(diào)用約定。這里只支持兩種約定：stdcall和C call。它們之間的區(qū)別在于，stdcall由被調(diào)用者負(fù)責(zé)清理堆棧，C call由調(diào)用者清理堆棧。這個設(shè)置錯誤時，可能會引起LabVIEW崩潰，也就是說如果LabVIEW調(diào)用DLL函數(shù)時出現(xiàn)異常，首先應(yīng)該考慮這個設(shè)置是否正確。（Windows API一般使用的都是stdcall；標(biāo)準(zhǔn)C的庫函數(shù)大多使用C call。如果函數(shù)聲明中有類似__stdcall這樣的關(guān)鍵字，它就是stdcall的。）第二頁是函數(shù)參數(shù)的配置（圖4）。

 

圖4 配置函數(shù)的參數(shù)

    DLL和LabVIEW之間傳遞參數(shù)，最常用的三種數(shù)據(jù)類型是數(shù)值、數(shù)值型數(shù)組和字符串。C語言中經(jīng)常把指針或者數(shù)據(jù)的地址在函數(shù)間傳遞，在32位操作系統(tǒng)中，可以使用int32數(shù)值來表示指針。因此，當(dāng)需要在LabVIEW中傳遞指針數(shù)據(jù)時，可以使用I32或U32數(shù)值類型來表示這個地址類型的數(shù)據(jù)。但是，64位的程序中，數(shù)據(jù)的地址只能使用I64或U64來表示。這樣，如果一個調(diào)用了DLL函數(shù)的VI，并且函數(shù)參數(shù)中有地址型數(shù)據(jù)，使用固定數(shù)據(jù)類型的數(shù)值來表示地址，就要準(zhǔn)備兩份代碼。解決方法是使用LabVIEW中的新的數(shù)據(jù)類型Pointer-sized Integer。這個數(shù)據(jù)類型的長度在不同的平臺上會自動使用32位或64位長度。如果在C語言函數(shù)參數(shù)聲明中有const關(guān)鍵字，可以選中Constant選項。布爾類型在DLL函數(shù)和LabVIEW VI之間傳遞沒有專有的數(shù)據(jù)類型，是利用數(shù)值類型來傳遞的。輸入時先把布爾值轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值，在傳遞給DLL函數(shù)；輸出時再把數(shù)值轉(zhuǎn)為布爾值。對于數(shù)組的傳遞，LabVIEW只支持C數(shù)據(jù)類型中的數(shù)值型數(shù)組，傳遞數(shù)組類型需要注意的的是“Array Format”要選擇“Array Data Pointer”。這個設(shè)置中還有其他兩個選項，帶有“Handle”的參數(shù)類型都是表示LabVIEW定義的特殊類型的。在第三方的DLL中不會使用到數(shù)組參數(shù)作為輸出值時，要記得為輸出的數(shù)組數(shù)開辟空間。開辟數(shù)據(jù)空間的方法有兩種：第一種方法，創(chuàng)建一個長度滿足要求的數(shù)組，作為初始值傳遞給參數(shù)，輸出數(shù)的數(shù)據(jù)就會被放置在輸入數(shù)組的所在的內(nèi)存空間內(nèi)。第二種方法是直接在參數(shù)配置面板上進(jìn)行設(shè)置。在Minimum size中寫入一個固定的數(shù)值，LabVIEW就會按此大小為輸出的數(shù)組開辟空間。在 Minimum size 中選擇函數(shù)的其它數(shù)值參數(shù)，而不是固定數(shù)值。這樣LabVIEW會按照當(dāng)時被選擇的參數(shù)值的大小來開辟空間。字符串與使用與數(shù)組是非常類似的，實際上在C語言中字符串就是一個I8數(shù)組。

    在NI軟件的安裝路徑下打開當(dāng)前使用版本的LabVIEW文件夾，通過 examples\dll\data passing\Call NativeCode.llb找到簡單數(shù)據(jù)類型在LabVIEW與C之間的對應(yīng)關(guān)系。部分常見關(guān)系見表1。