DAQ事業部  李定軍

 

    DLL（動態鏈接庫）文件是Dynamic Link Library的縮寫形式，是一種允許程序共享執行特殊任務所必需的代碼和其他資源的可執行文件。其多數情況下是帶有DLL擴展名的文件，但也可能是EXE或其他擴展名。Windows提供的DLL文件中包含了允許基于Windows的程序在Windows環境下操作的許多函數和資源。動態鏈接提供了一種方法，使進程可以調用不屬于其可執行代碼的函數。這些函數的可執行代碼位于一個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程分開存儲的函數。DLL還有助于共享數據和資源，多個應用程序可同時訪問內存中單DLL副本的內容。總之，DLL是一個包含可由多個程序同時使用的代碼和數據的庫。動態鏈接是相對于靜態鏈接而言的。所謂靜態鏈接是指把要調用的函數或者過程鏈接到可執行文件中，成為可執行文件的一部分。換句話說，函數和過程的代碼就在程序的exe文件中，該文件包含了運行時所需的全部代碼。當多個程序都調用相同函數時，內存中就會存在這個函數的多個拷貝，這樣就浪費了寶貴的內存資源。而動態鏈接所調用的函數代碼并沒有被拷貝到應用程序的可執行文件中去，而是僅僅在其中加入了所調用函數的描述信息（往往是一些重定位信息）。僅當應用程序被裝入內存開始運行時，在Windows的管理下，才在應用程序與相應的DLL之間建立鏈接關系。當要執行所調用DLL中的函數時，根據鏈接產生的重定位信息，Windows才轉去執行DLL中相應的函數代碼。

    由于向運行于Windows操作系統下的程序提供代碼、數據或函數，程序可根據DLL文件中的指令打開、啟用、查詢、禁用和關閉驅動程序。在Windows操作系統中,DLL對于程序執行是非常重要的, 因為程序在執行的時候, 必須鏈接到DLL文件, 才能夠正確地運行。而有些DLL文件可以被許多程序共用,因此程序設計人員可以利用DLL文件, 使程序不至于太過巨大。但是當安裝的程序越來越多,DLL文件也就會越來越多, 如果當刪除程序的時候, 沒有用的DLL文件沒有被刪除的話, 久而久之就造成系統的負擔了。

    通過使用DLL，程序可以實現模塊化，由相對獨立的組件組成。因為模塊是彼此獨立的，所以程序的加載速度更快，而且模塊只在相應的功能被請求時才加載。此外，可以更為容易地將更新應用于各個模塊，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用更新。

    總的來說，使用DLL文件有以下好處：1、多個應用程序可以共享代碼和數據。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鏈接庫實現的。2、在鉤子程序過濾系統消息時必須使用動態鏈接庫。3、動態鏈接庫以一種自然的方式將一個大的應用程序劃分為幾個小的模塊，有利于小組內部成員的分工與合作，而且各個模塊可以獨立升級。如果小組中的一個成員開發了一組實用例程，他就可以把這些例程放在一個動態鏈接庫中，供其他成員使用。4、實現應用程序的國際化，往往需要使用動態鏈接庫。使用動態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鏈接庫實現的。對于不同的版本，使用不同的動態鏈接庫，常用的一些編程軟件均可以編寫DLL文件。DLL不是獨立運行的程序，而是某個程序的一個部分，它只能由所屬的程序調用，用戶不能，也不需要打開它。

 

    LabVIEW支持通過調用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++語言實現軟件的運算部分，并把這些功能構建在DLL文件中，然后再使用 LabVIEW編寫程序的界面部分，并通過調用編寫好的DLL來調用運算部分的功能。

    LabVIEW 中是通過Call Library Function Node（CLN）節點來完成DLL文件調用的。創建一個新的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點（圖1）。

 

    將節點放置在程序框圖中，雙擊會出現它的配置對話框，共有四頁。第一頁用于填寫被調用函數的信息（圖2）。Library name or path需給出DLL文件名和路徑，操作系統路徑下的DLL文件，直接輸入文件名也可調用，否則必須輸入全路徑。在這里已經給出名字的DLL是被靜態加載到程序中的，也就是說當調用了這個DLL的VI被裝入內存時，DLL同時被裝入內存。LabVIEW也可動態加載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中輸入的內容就無效了，取而代之的是CLN 節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VI被打開時，DLL不會被裝入內存，只用程序運行到需要使用這個DLL中的函數時，才把其裝入內存。Function name是需要調用的函數的名稱，LabVIEW會把DLL中所有的暴露出來的函數都列出，用戶只要在下拉框中選取即可。Thread欄用于設定哪個線程里運行被調用的函數。用戶可以通過 CLN 節點的配置面板來指定被調用函數運行所在的線程。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節點是選用

 

 

圖2 填寫被調用函數信息的什么線程。如果Run in UI thread，節點顏色是橙色的；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，那么就要當作是非多線程安全的；在可以看到動態鏈接庫源代碼的條件下，如果代碼中存在全局變量、靜態變量或者代碼中看不到有lock一類的操作，那么這個動態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運行動態鏈接庫函數，且一般會與調用它的VI在同一個線程內運行。因為LabVIEW是自動多線程的語言，它也很可能會把動態鏈接庫函數分配給一個單獨的線程運行。如果程序中存在沒有直接或間接先后關系的兩個CLN節點，LabVIEW很可能會同時在不同的線程內運行它們所調用的函數，也許是同一函數。對于非多線程安全的動態鏈接庫，這是很危險的操作。很容易引起數據混亂，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設置都是界面線程，那么就可以保證這些CLN調用的函數肯定全部都運行在同一線程下，肯定不會被同時調用。對于非多線程安全的動態鏈接庫，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用于指明被調用函數的調用約定。這里只支持兩種約定：stdcall和C call。它們之間的區別在于，stdcall由被調用者負責清理堆棧，C call由調用者清理堆棧。這個設置錯誤時，可能會引起LabVIEW崩潰，也就是說如果LabVIEW調用DLL函數時出現異常，首先應該考慮這個設置是否正確。（Windows API一般使用的都是stdcall；標準C的庫函數大多使用C call。如果函數聲明中有類似__stdcall這樣的關鍵字，它就是stdcall的。）第二頁是函數參數的配置（圖4）。

 

圖4 配置函數的參數

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

    在NI軟件的安裝路徑下打開當前使用版本的LabVIEW文件夾，通過 examples\dll\data passing\Call NativeCode.llb找到簡單數據類型在LabVIEW與C之間的對應關系。部分常見關系見表1。