关于显示加载动态链接库模块及卸载的问题

问题起因是，在一次模块卸载后，程序运行异常。遂对动态链接库做一些测试。

动态库加载方式有两种，隐式加载和显示加载，隐式加载包含xxx.lib导入库，在程序执行之前由动态加载器完成所有加载；显示加载则使用LoadLibrary方式；具体数据可参考《程序员的自我修养：链接，装载与库》一书。

动态库头文件：

 1 #ifdef DYNAMICLIBRARYTEST_EXPORTS
 2 #define DYNAMICLIBRARYTEST_API __declspec(dllexport)
 3 #else
 4 #define DYNAMICLIBRARYTEST_API __declspec(dllimport)
 5 #endif
 6 
 7 // 此类是从 dll 导出的
 8 class DYNAMICLIBRARYTEST_API Base {
 9 public:
10     Base(void);
11     
12     virtual int* virtualFunc();
13     virtual ~Base();
14     
15 
16     int a = 8;
17     int b = 9;
18     char c[10] = {'H','e', 'l', 'l', 'o', 'W', 'o', 'r', 'l', 'd' };
19     // TODO: 在此处添加方法。
20 };
21 
22 class DYNAMICLIBRARYTEST_API Derive  : public Base
23 {
24 public:
25     Derive(void);
26     int* normalFunc()
27     {
28         return nullptr;
29     }
30 
31     int* virtualFunc() override;
32      ~Derive();
33     // TODO: 在此处添加方法。
34 };
35 
36 extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API int i_global;
37 
38 extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API double d_global;
39 
40 extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API char c_global[6];
41 
42 extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API int func1(void);
43 extern "C" DYNAMICLIBRARYTEST_API Derive* createDerive();

View Code

 动态库实现文件：

 1 // DynamicLibraryTest.cpp : 定义 DLL 的导出函数。
 2 //
 3 
 4 #include "DynamicLibraryTest.h"
 5 // 这是导出变量的一个示例
 6 DYNAMICLIBRARYTEST_API int i_global = 1;
 7 int i_global_1 = 9;
 8 DYNAMICLIBRARYTEST_API double d_global = 2 ;
 9 DYNAMICLIBRARYTEST_API char c_global[6] = {'G', 'l','o', 'b', 'a', 'l'};
10 
11 // 这是导出函数的一个示例。
12 DYNAMICLIBRARYTEST_API int func1(void)
13 {
14     return -1;
15 }
16 
17 Derive * createDerive()
18 {
19     return new Derive;
20 }
21 
22 Base::Base()
23 {
24     return;
25 }
26 
27 
28 int* Base::virtualFunc()
29 {
30     return nullptr;
31 }
32 
33 Base::~Base()
34 {
35 }
36 
37 Derive::Derive(void)
38 {
39 }
40 
41 int* Derive::virtualFunc()
42 {
43     int c = a + b;
44     c--;
45     return new int[10];
46 }
47 
48 Derive::~Derive()
49 {
50 }

View Code

查看导出符号：

 

 可以看到导出的变量命名比较正常，这是因为是以C风格导出的。不然就是C++的诡异风格修饰。

主程序实现：project.cpp

 1 // project.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
 2 //
 3 
 4 #include <iostream>
 5 #include "DynamicLibraryTest.h"
 6 #include <Windows.h>
 7 
 8 #define LIBNAME "C:/Users/Admin/source/repos/DynamicLibraryTest/Release/DLL_1.dll"
 9 
10 typedef int*(*NormalFunc)();
11 typedef Derive*(*CreateDerive)();
12 int main()
13 {
14     const char* szStr = LIBNAME;
15     WCHAR wszClassName[256]; 
16     memset(wszClassName, 0, sizeof(wszClassName));
17     MultiByteToWideChar(CP_ACP, 0, szStr, strlen(szStr) + 1, wszClassName, sizeof(wszClassName) / sizeof(wszClassName[0])); 
18     HMODULE hmodule = ::LoadLibrary(wszClassName);
19     if (NULL == hmodule) 
20     {
21         printf("LoadLibrary failed/n"); 
22         return -1; 
23     }
24 
25     CreateDerive funcDerive = (CreateDerive)GetProcAddress(hmodule, "createDerive");
26     NormalFunc nor = (NormalFunc)GetProcAddress(hmodule, "?normalFunc@Derive@@QAEPAHXZ");
27     Derive* d = funcDerive();//分配在堆上
28     Derive* d2 = funcDerive();
29     //d->normalFunc();//不能直接调用非虚函数
30     //本模块保存了一份虚表地址在堆上，每次访问虚函数，通过堆上的保存的虚表地址查找真正的虚表，
31     //而虚表保存在映射区域（dll模块的全局常量区，不过映射的数据区域为备份），随着模块的卸载，该映射区域也会消失，导致访问异常。
32     //至于为什么显示加载dll的方式不能调用非虚函数，是因为调用这种函数不需要查虚表，直接调函数地址，但该函数导出名字经过修饰，
33     //会造成无法解析的引用; 子类和父类都有一套虚表，存的是各自的函数地址。
34     int* vb = d->virtualFunc();//ecx寄存器保存的是this指针，即d；
35     d2->a = 2;
36     _asm
37     {
38         mov ecx, dword ptr[d2];
39     }
40     nor();//此时调用的是d2的成员函数。
41     delete d;
42     int *local = new int[10];
43     vb[0] = 1;
44     local[0] = 2;
45     int c = vb[0] + local[0];
46 
47     ::FreeLibrary(hmodule);
48     //int* va = d->virtualFunc();//报错
49     return 0;
50 }

 显示加载后，得到类对象d，是不能直接通过该对象调用其非虚成员函数的（链接不通过），但是能直接调用虚函数。问题是因为调用虚函数是要查虚表的。下图是project.obj的main部分反汇编代码：

 

 可以看到对于一般的函数调用会生成函数符号，相当于一个占位标记，该符号地址在链接前，用默认地址00 00 00 00 代替（32位机器下），在执行链接后，该默认地址会修改为正确的位置。

链接后的main部分反编译代码：

 

 回到之前的那个问题，为什么一般的成员函数不能直接调用，因为找不到符号（无法解析的引用符号），会导致链接不过。

 第一，导出该符号（整个类都是导出的话，该成员函数自然也是导出的）。第二，该符号的名字要写对；

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

强行获取该方法。那么又有一个问题，这个函数该怎么调用？对于任意一个成员函数来讲，调用会存在一个this指针。直接调用会出现奇怪的现象。其实通常调用成员函数，从汇编的角度，会将this指针赋值给ecx寄存器。接着调用该函数。

 

 

 

 上图可以看到ecx与this的关系。通过证实nor（）执行的确实是d2的成员函数。

接着下一个问题，卸载模块后，在该模块申请的堆内存数据还在不在？以及能不能继续调用该模块的成员函数。

下图先给出该进程的内存布局（x64Dbg反编译工具）：

 

 执行完LoadLibrary后的内存布局：

 

 可以看到dll_1映射到了某个内存地址。

 查看dll中normalFunc的函数地址：

 对应于dll的代码段映射区域。

查看d和d2的内存区域：

 

 可以看到这两个变量所对应的首4字节值是一样的，这就是虚表地址。

转到虚表地址：

 

 发现该虚表存储在DLL_1的内存区域“.rdata ”段（从前面的内存布局看出）。

那么当真个DLL被卸载时发生了什么？执行完Freelibrary后：

 

 

 

 

 

 那么显而易见，卸载dll模块后，变量d2是不能调用任何函数的，因为此时地址都清空了，包括虚函数，虚表不存在。而d2这个变量所对应的内存空间依然存在。但是意味着该类对象没法调用析构函数，造成内存泄漏。

其实，在dll申请的内存，最好在该dll里释放，不然会出现奇怪的现象。

。。。待续