Разработка и использование библиотек

План лекции №3
Назначение и классификация библиотек;
Соглашения по вызову;
Создание статических библиотек;
Использование статических библиотек;
Пример создания и использования;
Преимущества и недостатки статических библиотек.

Назначение и классификация библиотек
Назначение:
Повторное использование кода.
Используются если:
Функции из библиотеки будут использоваться в разных программах;
разрабатывается большой проект, часть функций уже отлажена - эту часть помещают в библиотеку (время трансляции кода уменьшается).

Назначение и классификация библиотек
Классификация библиотек:
библиотеки на языках программирования (библиотеки классов, шаблонов, функций…). Компилируются вместе с остальными исходными файлами проекта (не будут рассматриваться );
библиотеки объектных модулей (статические библиотеки). Компилируются вместе с остальными объектными файлами проекта (будут рассматриваться );
библиотеки исполняемых модулей (динамические библиотеки). Загружаются в память в момент запуска программы или во время ее исполнения, по мере надобности (будут рассматриваться ).

Соглашения по вызовам
В одном приложении можно использовать библиотеки, написанные на разных языках;
язык написания вызывающей программы может не совпадать с языком функций в библиотеке.
Соглашение определяет:
порядок передачи параметров (с начала или конца списка);
правила очистки стека (вызывающая программа, функция);
зависимость имени функции от списка параметров.

Соглашения по вызовам
Заголовок функции:
Тип результата [Соглашение] Имя ([Параметры]);
Например:
int Sum(int , int);
void __stdcall AddValues(int , int , int*);

Создание статических библиотек
Создать проект для статической библиотеки: File->New->Projects-> Visual C++ -> Win32 -> Win32 Console Application;
в ApplicationSettings выбрать Static library;
в каталог проекта «исходные файлы» добавить один или несколько файлов, содержащих реализации функций библиотеки;
в каталог проекта «заголовочные файлы» добавить заголовочный файл для библиотеки;
выбрать соглашение по вызову для функций;
6. создать библиотеку (построить проект) (файл.lib)

Создание статических библиотек.
Шаг 1

Создание статических библиотек.
Шаг 2

Создание статических библиотек.
Шаг 3

Создание статических библиотек.
Шаг 3

Создание статических библиотек.
Шаг 4
в каталог заголовочных файлов добавить заголовочный файл для библиотеки

Заголовочные файлы. Правила создания
В нем задают:
заголовки всех функций, которые входят в библиотеку (интерфейс библиотеки); (например: іnt summa (іnt *x, іnt n); )
типы пользователя; (например: typedef TCHAR char; )
константы. (например: #defіne MAXSІZE 4096 )
В нем не задают:
определение функций, например :
іnt summa (іnt *x, іnt n){
іnt s;
for (іnt i = 0; i < n; ++i)
s+= x[i];
return s;
}
определение данных , например іnt s = 0;

Заголовочные файлы. Обеспечение одноразовой трансляции
Необходимо обеспечить трансляцию файла только один раз (в противном случае будет ошибка при повторном определении типа или константы с тем же именем).
#ifndef ПРОВЕРКА_КОНСТАНТЫ
#define ОПРЕДЕЛЕНИЕ_КОНСТАНТЫ
…
#endif

Разработать библиотеку для выполнения арифметических операций: сложения с учетом возможного переполнения (+) и вычисления НОД для 32 битных чисел.
Требования:
числа беззнаковые;
при поиске НОД используется алгоритм вычитания меньшего числа из большего;
Пример статической библиотеки

z = x + y;
Как определить был перенос или нет?
7 1 x f
+ 8 + 7 + y + f
------ ----- ----- -----
5 8 z e
Carry =1, если z < x или z < y;
========================================================
Наибольший общий делитель : НОД(x,y)
x=10, y=15
15-10=5
10-5=5
5-5=0
НОД(10,15)=5
Алгоритмы

// LibHeader.h
#ifndef _LIB_HEADER_H
#define _LIB_HEADER_H
unsigned int __stdcall AddWithCarry( unsigned int , unsigned int, unsigned int*);
void __stdcall NOD( unsigned int a, unsigned int b, unsigned int* r);
#endif
Заголовочный файл (LibHeader.h)

// StaticLib.cpp
#include "stdafx.h"
#include "LibHeader.h"
unsigned int __stdcall AddWithCarry( unsigned int a, unsigned int b, unsigned int* r)
{
unsigned int carry=0;
unsigned int c=a+b;
if (c
carry=1;
*r=c;
return carry;
}
(продолжение на следующем слайде)
Реализация функций (StaticLib.cpp)

( Продолжение. Начало на предыдущем на следующем слайде )
void __stdcall NOD( unsigned int a, unsigned int b, unsigned int* r)
{
unsigned int f=a, s=b;
while( f&&s )
{
if ( f>s )
f=f-s;
else
s=s-f;
}
if (f)
*r=f;
else
*r=s;
}
Реализация функций (StaticLib.cpp)

Построение статической библиотеки.
если в Решении (Solution) несколько проектов - выбрать пункт контекстного меню Set As StartUp Project;
далее
выбрать пункт меню Построение (Build)
В результате построения проекта Static Library получим файл .lib в каталоге Debug Вашего Решения (Solution)
(если текущая конфигурация - Debug)

Главная программа для использования статической библиотеки. Создание

Главная программа для использования статической библиотеки. Создание

Главная программа для использования статической библиотеки. Создание
в ApplicationSettings оставить Console Application и Precompiled header;
Откроется исходный файл созданного проекта со следующим содержанием

Главная программа для использования статической библиотеки. Настройки.
Использовать контекстное меню
или
выбрать
пункт главного меню
Project-> Properties ->
Configuration Properties->
C/C++->General->
Additional Include Directories
установить как
..\ИМЯ_ПРОЕКТА_СТАТИЧЕСКАЯ_БИБЛ;
(заголовочный файл один на все проекты
в Решении (Solution))

Главная программа для использования статической библиотеки. Настройки.

Использование статических библиотек.
Рекомендации
В одном Решении (Solution) создать 2 проекта: проект для библиотеки и проект с главной программой.
для обоих проектов результирующий каталог должен быть один и тот же
меню Project-> Properties -> Configuration Properties-> General-> Output Directory -> $(SolutionDir)$(ConfigurationName)\

#include "stdafx.h"
#include "LibHeader.h"
unsigned int first=0xffffffff, second=0xffffffff, result, carry;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
carry=AddWithCarry(first, second, &result);
_tprintf(_T("%x+%x= %x %x\n"), first, second, carry, result);
NOD(75,10,&result);
_tprintf(_T("NOD for %u and %u = %u"),75,10,result);
return 0;
}
Главная программа TestStaticLib.cpp. (для вызова функций из библиотеки StaticLib)

Главная программа для использования статической библиотеки. Ссылка на библиотеку.
Пункт меню Project->References.. ->Add New Reference..->выбрать имя проекта с библ.

Главная программа для использования статической библиотеки . Построение и запуск программы.
выбрать пункт меню Set As StartUp Project;
далее
выбрать пункт меню Build ->
Build TestStaticLib или воспользоваться контекстным меню.
далее
выбрать пункт главного меню Debug ->
Start Without Debugging (Ctrl+F5)
или Start Debugging (F5)
Поставить точку останова и в пошаговом режиме отладить программу (F10, F11)

Каталоги с Решением (solution), содержащим оба проекта.
Имя Решения обычно совпадает с именем первого созданного в нем Проекта (Project).
Имя Решения:
StaticLib
Имя проекта со
статической библиотекой:
StaticLib
Имя проекта с главной
Программой, которая
тестирует функции из
статической библиотеки:
TestStaticLib

Главная программа для использования статической библиотеки . Результаты работы программы: на экран или в файл.
Запуск программы из командной строки:
TestStaticLib.exe > output.txt
Файл с результатами output.txt:
ffffffff+ffffffff= 1 fffffffe
NOD for 75 and 10 = 5

Достоинства:
просто использовать;
исполняемый файл один (.exe).
Недостатки:
платформенно зависима;
загружается в память с каждым экземпляром запущенного приложения;
при изменении кода библиотеки необходима компоновка всех приложений, которые используют библиотеку
Достоинства и недостатки статических библиотек

библиотеки применяются для повторного использования кода;
статическая библиотека - это библиотека объектных модулей;
для использования статической библиотеки необходимо иметь саму библиотеку (.lib) в формате среды (IDE), в которой она будет использоваться, и заголовочный файл (.h) с определением заголовков функций библиотеки;
отсутствуют накладные затраты, связанные с использованием динамических библиотек.
Итоги:

План лекции №4
Создание динамических библиотек;
Использование динамических библиотек. Статический режим;
Использование динамических библиотек. Динамический режим;
Пример создания и использования;
Преимущества и недостатки разных режимов использования.

Динамические библиотеки (Dynamіc Lіnk Lіbrary - DLL)
Загружаются одновременно с программой (статическая загрузка) или во время ее выполнения по мере надобности (динамическая загрузка).
Функция, которая экспортируется (внешняя функция) - это функция, которая входит в состав DLL, и которую могут использовать внешние программы.
(в статических библиотеках - все функции экспортируются).
Для обозначения внешних функций используется директива:
__declspec (dllexport)
Динамические библиотеки

Функция, которая импортируется - это функция из DLL, которая вызывается (используется) в другой программе.
Функции, которые импортируются, обозначаются директивой:
__declspec (dllіmport)
Таким образом, одна и та же функция:
внутри самой DLL является функцией, которая экспортируется;
для главной программы - функцией, которая импортируется.
Внутренняя функция библиотеки может быть вызвана только функциями внутри библиотеки.
Динамические библиотеки

Исходя из вышесказанного, в файле заголовков (.h) информация о внешних функциях должна быть разной:
для самой библиотеки .dll - экспорт ,
а для главной программы - импорт!
(пример: страны экспортеры и импортеры)
Обозначение функций

#ifndef _UNIVERSAL_H
#define _UNIVERSAL_H
#ifdef _STATIC
#define PREFIX
#else
#ifdef _USRDLL
#define PREFIX __declspec(dllexport) #else
#define PREFIX __declspec(dllimport)
#endif
#endif
PREFIX unsigned int __stdcall AddWithCarry( unsigned int , unsigned int, unsigned int*);
PREFIX void __stdcall NOD( unsigned int a, unsigned int b, unsigned int* r);
#endif
Универсальный заголовочный файл (universal.h)

Динамические библиотеки
Создание:
Выбрать проект типа Visual C++-> Win32; в ApplicationSettings выбрать DLL
Добавить в проект универсальный заголовочный файл;
Добавить в проект файл с текстом функций;
Построить проект. В результате будут получены 2 файла: <имя>.lib и <имя>.dll;
Использование:
Использования динамической библиотеки в режимах статической и динамической загрузки.

Динамические библиотеки
1 Статическая загрузка (загрузка во время загрузки приложения, которое использует DLL) - если нет необходимой DLL - приложение не начнет выполняться;
2 Динамическая загрузка (загрузка и выгрузка по необходимости время выполнения приложения, которое использует DLL) - загружаются только те DLL, из которых будут вызываться функции, после окончания использования память можно освободить, не дожидаясь окончания работы главной программы.

DEF файл
Добавляется в проект DLL (в папку ресурсов) для сохранения возможности обращения к функциям по именам без преобразования при использовании DLL в режиме динамической загрузки.
EXPORTS
Имя функции 1
Имя функции 2
…
=====================================================================================================================
DynamicLib.def:
LIBRARY "DynamicLib"
EXPORTS
AddWithCarry
NOD

Правила использования функций WIN API
Необходимо подключить заголовочный файл Windows.h
Все функции имеют соглашения по вызову __stdcall (WINAPI)
Все типы и константы Windows задаются заглавными буквами, например, DWORD – unsigned int , WORD – short, HMODULE - int, INVALID_HANDLE_VALUE.
Каждое слово в имени функции начинается с заглавной буквы, например, LoadLibrary.
Функция может завершиться успешно или неуспешно – BOOL (0 – false, 1 – true…).
Если она возвращает дескриптор, то в случае ошибки:
0 или INVALID_HANDLE_VALUE.

Функции для работы с DLL в режиме динамической загрузки
HMODULE WINAPI LoadLibrary( LPCTSTR lpFileName );
BOOL WINAPI FreeLibrary( HMODULE hModule );
FARPROC WINAPI GetProcAddress(HMODULE hModule, LPCSTR lpProcName );
DWORD WINAPI GetDllDirectory( DWORD nBufferLength, LPTSTR lpBuffer);

Алгоритм поиска DLL
Каталог, в котором находится исполняемый модуль текущего процесса.
Текущий каталог (GetCurrentDirectory).
Системный каталог Windows. Путь к этому каталогу извлекается с помощью функции GetSystemDirectory.
Каталог Windows. Путь к этому каталогу извлекается с помощью функции GetWindowsDirectory.
Каталоги, указанные в переменной окружения PATH.

Главная программа для DLL в режиме динамической загрузки
#include "stdafx.h"
#include
#include
#include “universal.h“
typedef unsigned int (__stdcall *ADDWITHCARRY)( unsigned int , unsigned int, unsigned int*);
typedef void (__stdcall *NODD) ( unsigned int , unsigned int, unsigned int*);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
unsigned int first=0xffffffff,second=0xffffffff, result, carry;
HINSTANCE h=LoadLibrary(_T("Lecture_dynamic_library.dll"));
if (h==NULL)
_tprintf(_T("Library not found"));
else
{ ADDWITHCARRY adr1=(ADDWITHCARRY)GetProcAddress(h,"AddWithCarry");
NODD adr2=(NODD)GetProcAddress(h,"NOD");
carry=adr1(first,second,&result);
_tprintf(_T("%x+%x= %x %x\n"),first,second,carry,result);
adr2(75,10,&result);
_tprintf(_T("NOD for %u and %u = %u"),75,10,result);
}
return 0;
}