无头调用：C++ DLL无头文件函数调用指南

2024-12-25 19:13:49

无头调用：当 C++ DLL 没有头文件时如何正确调用函数

当需要使用一个 C++ 动态链接库 (DLL) 的功能，而没有对应的头文件时，会遇到一些棘手的问题。通常头文件定义了类的结构、函数签名以及其他关键信息，这些信息对于正确地调用 DLL 函数至关重要。但当缺少这些信息，我们就需要探索其他的途径来调用 DLL 函数，下面将探讨几种可能的解决方法。

问题分析：缺少头文件带来的挑战

没有头文件的情况下，我们无法直接利用 C++ 的类型系统，这给我们带来了几方面的挑战：

对象构造和销毁： 像构造函数 SomeComapny::Cds::Api::Client::Client() 这样的函数如何被调用，它没有返回值但实际上却修改了一个传入的指针（很可能是构造实例内存地址），这就是个典型例子。我们如何为 DLL 中的对象分配内存、调用构造函数、并在完成操作后正确释放？
函数调用： C++ 成员函数通常有隐式的 this 指针传递，这意味着在缺少头文件的情况下，如何正确处理函数调用规范（例如，__cdecl 调用约定）、隐式 this 指针以及其他参数？
虚函数： C++ 中的虚函数使用虚函数表，使得可以在运行时进行动态分发。如果缺少类的定义，我们如何能理解虚函数表，并且正确地调用它们？

解决方法：逐步攻克难关

针对以上难题，以下方案可逐步帮助解决。

方案一：显式调用 + reinterpret_cast

这种方案的核心思想是通过 LoadLibrary 获取 DLL 句柄， GetProcAddress 获取函数地址，再将获取到的函数地址强制转换成一个特定函数类型的指针来调用。这依赖于对函数参数、调用约定的理解。此方法通常用于解决静态调用和构造函数。

操作步骤：

加载 DLL: 使用 LoadLibrary 加载 DLL，并检查是否成功。
获取函数地址： 使用 GetProcAddress 搭配通过 dumpbin 获取到的函数名称或导出序号获得函数入口点。例如 FARPROC proc = GetProcAddress(dllHandle, "SomeComapny::Cds::Api::Client::Client");
定义函数类型： 创建一个与函数签名匹配的函数指针类型。这是最关键的一步。例如构造函数：typedef void* (__cdecl * ClientConstructor)();，成员函数： typedef enum SomeComapny::Cds::Api::eCDSReturnCode(__cdecl *ControlArmMeasurementStreamType)(void* , const struct SomeComapny::Cds::Api::sCDSArmMeasurementStreamConfig* config) const ;
类型转换： 使用 reinterpret_cast 将获得的函数地址转换为步骤3定义的函数指针类型。例如：ClientConstructor clientConstructor = reinterpret_cast<ClientConstructor>(proc);
调用函数： 现在可以通过获得的函数指针进行调用了。
- 对于构造函数，由于不知道返回的对象内存大小，建议在调用方自行分配足够大的内存，然后传地址给构造函数。void* memory = malloc(1024); client = clientConstructor(memory);。如果构造函数有返回，需要根据返回的结构和大小决定处理逻辑。
- 对于非静态函数，将构造返回的内存地址，作为 this 指针传递给对应的函数指针。ControlArmMeasurementStreamType controlFunc = reinterpret_cast<ControlArmMeasurementStreamType>(GetProcAddress(...))；eCDSReturnCode ret = controlFunc(memory, &config) ;
释放内存: 最后调用析构函数并使用 free() 函数来释放之前申请的内存。注意使用 GetProcAddress 获取析构函数地址。

代码示例 (简化版):

#include <windows.h>
#include <iostream>

// 定义可能的返回类型，用于代替dumpbin的结果
namespace SomeComapny{
    namespace Cds {
        namespace Api {
          enum eCDSReturnCode { SUCCESS, FAIL};

            struct sCDSArmMeasurementStreamConfig {
              //  成员定义 这里需要手动补齐。
            };
        }
    }
}
// 根据实际的函数签名定义函数类型, 这里只是演示, 根据你dumpbin的信息补全签名
typedef void* (__cdecl *ClientConstructor)();
typedef  enum SomeComapny::Cds::Api::eCDSReturnCode (__cdecl *ControlArmMeasurementStreamType)(void* , const  struct SomeComapny::Cds::Api::sCDSArmMeasurementStreamConfig * config);


int main() {
    HMODULE dllHandle = LoadLibrary(L"YourDllName.dll");  // 将 "YourDllName.dll" 替换为 DLL 的实际文件名
    if (dllHandle == NULL) {
        std::cerr << "Failed to load DLL." << std::endl;
        return 1;
    }
     // 手动分配足够的内存
     void *clientMemory = malloc(1024); 
    FARPROC ctorProc = GetProcAddress(dllHandle, "??0Client@Api@Cds@SomeComapny@@QEAA@XZ");  // 注意这里使用dumpbin的结果
     ClientConstructor ctor =  reinterpret_cast<ClientConstructor>(ctorProc);

     //构造函数, 由于c++规则, 构造函数无法取得对象的大小， 所以需要在外部自行申请内存，并将内存地址传给构造函数
    void* client = ctor(clientMemory); // 调用构造函数

    // 根据 dumpbin 的结果构造需要传入的数据类型 
     SomeComapny::Cds::Api::sCDSArmMeasurementStreamConfig config{}; // 这里填写必要的参数，如通过 dumpbin 确定结构内容

    FARPROC measurementProc  =  GetProcAddress(dllHandle, "?ControlArmMeasurementStream@Client@Api@Cds@SomeComapny@@QEBA?AW4eCDSReturnCode@23@AEBUSCDSArmMeasurementStreamConfig@23@@Z")
      ControlArmMeasurementStreamType measurementFunction=  reinterpret_cast<ControlArmMeasurementStreamType>(measurementProc);


      // 调用类成员函数，并将申请的对象地址传给成员函数, 就像 this 指针
    SomeComapny::Cds::Api::eCDSReturnCode ret=  measurementFunction(client, &config);
   

    if(ret== SomeComapny::Cds::Api::eCDSReturnCode::SUCCESS){
        std::cout << "Measurement successful" << std::endl;
    } else{
         std::cout << "Measurement fail" << std::endl;
    }


    // 最后释放资源并释放动态库
    FARPROC destructorProc = GetProcAddress(dllHandle, "??1Client@Api@Cds@SomeComapny@@UEAA@XZ");
      typedef void (__cdecl *ClientDestructor)(void*);
    ClientDestructor dtor=  reinterpret_cast<ClientDestructor>(destructorProc);

    dtor(client);
    free(clientMemory);

    FreeLibrary(dllHandle);
    return 0;
}

方案二：逆向工程辅助

利用反汇编器（例如 IDA Pro、Ghidra）查看 DLL 的汇编代码，帮助理解函数参数、返回值以及类结构。虽然有一定的难度，可以提供更清晰的信息。

方案三：创建 C 风格的包装层

如果 DLL 的复杂度较高（例如，涉及虚函数或复杂的类继承结构），考虑为 DLL 创建 C 风格的接口。你可以在DLL项目内创建一个新的导出函数来调用C++类。新增的函数只需要导出成C标准，不需导出整个C++类，外部应用程序就可按C的方式进行函数调用。

操作步骤：

在 DLL 内部添加C包装函数： 新增导出函数，使用 extern "C" 限定，以阻止 C++ 函数名修饰。在这个函数内调用原来的C++类成员函数，解决 C++ 调用复杂性。例如, 将方案一示例中， Client 类初始化函数在 dll 项目内封装成 C 导出函数。

extern "C" __declspec(dllexport) void* CreateClientInstance() {
    return  new  SomeComapny::Cds::Api::Client()  ; 
}
extern "C"  __declspec(dllexport) SomeComapny::Cds::Api::eCDSReturnCode CallControlArmMeasurementStream(void*  instance, const SomeComapny::Cds::Api::sCDSArmMeasurementStreamConfig * config){
  return  (reinterpret_cast<SomeComapny::Cds::Api::Client*>(instance))->ControlArmMeasurementStream(*config);
}
extern "C"  __declspec(dllexport) void DestoryClientInstance(void * instance) {
   SomeComapny::Cds::Api::Client * obj =   reinterpret_cast< SomeComapny::Cds::Api::Client *>(instance) ;
   delete obj ;
}

修改之后 dll导出接口会变成如下 C 风格接口。这样避免了对构造、析构函数的直接调用，简化调用方法。

?CreateClientInstance@@YAPAX_Z
?CallControlArmMeasurementStream@@YA?AW4eCDSReturnCode@Api@Cds@SomeComapny@@PAXPEBUSCDSArmMeasurementStreamConfig@123@@Z
?DestoryClientInstance@@YAXPAX_Z

修改外部程序，调用新的导出函数： 现在通过调用LoadLibrary 加载dll，然后通过 GetProcAddress获取新的导出函数即可。

额外提示:

调用约定: 务必检查 dumpbin 输出中的调用约定（__cdecl、__stdcall）。使用正确的约定来调用函数。
安全: 使用类型转换时，要格外小心。确保函数类型与实际函数签名匹配，以避免运行时错误。
内存管理： 请小心处理内存的分配与释放，尤其是当涉及动态内存分配时，不正确的释放将可能导致崩溃或者内存泄漏。
避免在运行时创建类型: 不要试图动态创建一个 Client 类型的实例。
Client client_instance; //这种写法绝对不能使用, 请使用malloc或者c风格包装。
异常: 在使用reinterpret_cast 进行转换的时候要明确是否会出现异常。C++ 中的一些方法不会做任何额外的保护, 而由程序员进行全部保护。
调试: 利用调试工具来分析运行时发生的情况，例如 Windbg。