關於顯示加載動態鏈接庫模塊及卸載的問題

問題起因是，在一次模塊卸載后，程序運行異常。遂對動態鏈接庫做一些測試。

動態庫加載方式有兩種，隱式加載和顯示加載，隱式加載包含xxx.lib導入庫，在程序執行之前由動態加載器完成所有加載；顯示加載則使用LoadLibrary方式；具體數據可參考《程序員的自我修養：鏈接，裝載與庫》一書。

動態庫頭文件：

#ifdef DYNAMICLIBRARYTEST_EXPORTS
#define DYNAMICLIBRARYTEST_API __declspec(dllexport)
#else
#define DYNAMICLIBRARYTEST_API __declspec(dllimport)
#endif

// 此類是從 dll 導出的
class DYNAMICLIBRARYTEST_API Base {
public:
    Base(void);
    
    virtual int* virtualFunc();
    virtual ~Base();
    

    int a = 8;
    int b = 9;
    char c[10] = {'H','e', 'l', 'l', 'o', 'W', 'o', 'r', 'l', 'd' };
    // TODO: 在此處添加方法。
};

class DYNAMICLIBRARYTEST_API Derive  : public Base
{
public:
    Derive(void);
    int* normalFunc()
    {
        return nullptr;
    }

    int* virtualFunc() override;
     ~Derive();
    // TODO: 在此處添加方法。
};

extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API int i_global;

extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API double d_global;

extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API char c_global[6];

extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API int func1(void);
extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API Derive* createDerive();

 動態庫實現文件：

// DynamicLibraryTest.cpp : 定義 DLL 的導出函數。
//

#include "DynamicLibraryTest.h"
// 這是導出變量的一個示例
DYNAMICLIBRARYTEST_API int i_global = 1;
int i_global_1 = 9;
DYNAMICLIBRARYTEST_API double d_global = 2 ;
DYNAMICLIBRARYTEST_API char c_global[6] = {'G', 'l','o', 'b', 'a', 'l'};

// 這是導出函數的一個示例。
DYNAMICLIBRARYTEST_API int func1(void)
{
    return -1;
}

Derive * createDerive()
{
    return new Derive;
}

Base::Base()
{
    return;
}


int* Base::virtualFunc()
{
    return nullptr;
}

Base::~Base()
{
}

Derive::Derive(void)
{
}

int* Derive::virtualFunc()
{
    int c = a + b;
    c--;
    return new int[10];
}

Derive::~Derive()
{
}

查看導出符號：

 

 可以看到導出的變量命名比較正常，這是因為是以C風格導出的。不然就是C++的詭異風格修飾。

主程序實現：project.cpp

// project.cpp : 此文件包含 "main" 函數。程序執行將在此處開始並結束。
//

#include <iostream>
#include "DynamicLibraryTest.h"
#include <Windows.h>

#define LIBNAME "C:/Users/Admin/source/repos/DynamicLibraryTest/Release/DLL_1.dll"

typedef int*(*NormalFunc)();
typedef Derive*(*CreateDerive)();
int main()
{
    const char* szStr = LIBNAME;
    WCHAR wszClassName[256]; 
    memset(wszClassName, 0, sizeof(wszClassName));
    MultiByteToWideChar(CP_ACP, 0, szStr, strlen(szStr) + 1, wszClassName, sizeof(wszClassName) / sizeof(wszClassName[0])); 
    HMODULE hmodule = ::LoadLibrary(wszClassName);
    if (NULL == hmodule) 
    {
        printf("LoadLibrary failed/n"); 
        return -1; 
    }

    CreateDerive funcDerive = (CreateDerive)GetProcAddress(hmodule, "createDerive");
    NormalFunc nor = (NormalFunc)GetProcAddress(hmodule, "?normalFunc@Derive@@QAEPAHXZ");
    Derive* d = funcDerive();//分配在堆上
    Derive* d2 = funcDerive();
    //d->normalFunc();//不能直接調用非虛函數
    //本模塊保存了一份虛表地址在堆上，每次訪問虛函數，通過堆上的保存的虛表地址查找真正的虛表，
    //而虛表保存在映射區域（dll模塊的全局常量區，不過映射的數據區域為備份），隨着模塊的卸載，該映射區域也會消失，導致訪問異常。
    //至於為什么顯示加載dll的方式不能調用非虛函數，是因為調用這種函數不需要查虛表，直接調函數地址，但該函數導出名字經過修飾，
    //會造成無法解析的引用; 子類和父類都有一套虛表，存的是各自的函數地址。
    int* vb = d->virtualFunc();//ecx寄存器保存的是this指針，即d；
    d2->a = 2;
    _asm
    {
        mov ecx, dword ptr[d2];
    }
    nor();//此時調用的是d2的成員函數。
    delete d;
    int *local = new int[10];
    vb[0] = 1;
    local[0] = 2;
    int c = vb[0] + local[0];

    ::FreeLibrary(hmodule);
    //int* va = d->virtualFunc();//報錯
    return 0;
}

 顯示加載后，得到類對象d，是不能直接通過該對象調用其非虛成員函數的（鏈接不通過），但是能直接調用虛函數。問題是因為調用虛函數是要查虛表的。下圖是project.obj的main部分反匯編代碼：

 

 可以看到對於一般的函數調用會生成函數符號，相當於一個占位標記，該符號地址在鏈接前，用默認地址00 00 00 00 代替（32位機器下），在執行鏈接后，該默認地址會修改為正確的位置。

鏈接后的main部分反編譯代碼：

 

 回到之前的那個問題，為什么一般的成員函數不能直接調用，因為找不到符號（無法解析的引用符號），會導致鏈接不過。

 第一，導出該符號（整個類都是導出的話，該成員函數自然也是導出的）。第二，該符號的名字要寫對；

NormalFunc nor = (NormalFunc)GetProcAddress(hmodule, "?normalFunc@Derive@@QAEPAHXZ");

強行獲取該方法。那么又有一個問題，這個函數該怎么調用？對於任意一個成員函數來講，調用會存在一個this指針。直接調用會出現奇怪的現象。其實通常調用成員函數，從匯編的角度，會將this指針賦值給ecx寄存器。接着調用該函數。

 

 

 

 上圖可以看到ecx與this的關系。通過證實nor（）執行的確實是d2的成員函數。

接着下一個問題，卸載模塊后，在該模塊申請的堆內存數據還在不在？以及能不能繼續調用該模塊的成員函數。

下圖先給出該進程的內存布局（x64Dbg反編譯工具）：

 

 執行完LoadLibrary后的內存布局：

 

 可以看到dll_1映射到了某個內存地址。

 查看dll中normalFunc的函數地址：

 對應於dll的代碼段映射區域。

查看d和d2的內存區域：

 

 可以看到這兩個變量所對應的首4字節值是一樣的，這就是虛表地址。

轉到虛表地址：

 

 發現該虛表存儲在DLL_1的內存區域“.rdata ”段（從前面的內存布局看出）。

那么當真個DLL被卸載時發生了什么？執行完Freelibrary后：

 

 

 

 

 

 那么顯而易見，卸載dll模塊后，變量d2是不能調用任何函數的，因為此時地址都清空了，包括虛函數，虛表不存在。而d2這個變量所對應的內存空間依然存在。但是意味着該類對象沒法調用析構函數，造成內存泄漏。

其實，在dll申請的內存，最好在該dll里釋放，不然會出現奇怪的現象。

。。。待續