Использование DLL в качестве Plug-in

В темах для написания статей раздела "Hello World" присутствует вопрос о динамических библиотеках и модуле ShareMem. Я хотел бы несколько расширить постановку вопроса: Пусть нам надо построить систему безболезненно расширяемую функционально. Напрашивающее ся само собой решение — библиотеки динамической компоновки. И какие же грабельки разбросаны на этой тропинке?

Грабли

В месте моей текущей трудовой деятельности вопрос о такой системе всплыл давно. И поскольку он не собирался тонуть, создать такую систему пришлось. Так что всё изложенное ниже — из собственного опыта.

Первый вопрос возникающий при создании библиотеки (DLL): А что это тут написано в закомментированной части исходного кода библиотеки. А рассказывается там следующее — если вы используете динамические массивы, длинные строки (что и является динамическим ма ссивом) как результат функции, то необходимо чтобы первым в секции uses стоял модуль ShareMem. Причём и в основном проекте! От себя добавлю, что это относится более широко к тем случаям, когда вы выделяете память в одной библиотеке, а освобождаете в друго й, что и произойдёт когда вы создадите динамический массив в одной Dll-ке, а освободите его в другой.

Использовать ли ShareMem — вопрос конкретной постановки задачи. Если можно обойтись без таких выделений памяти, то вперёд, с песней! Иначе придётся вместе с программой таскать borlndmm.dll, которая и реализует безболезненный обмен указателями между библио теками.

Можно задаться вопросом "А почему?". И получить ответ "Так надо!". По всей видимости, Delphi работает с Heap (кучей, откуда выделяется память) по-своему. Некоторое время назад мы на работе обсуждали этот вопрос, ползали по исходникам и к единому мнению та к и не пришли. Но есть предположение, что Delphi выделяет сразу большой кусок памяти в куче и уже потом по запросу отрезает от него требуемые кусочки, тем самым не доверяя системе выделять память. Возможно, это не так и если кто подправит меня, буду благо дарен. Так или иначе — проблема существует, и решение имеется.

Вопрос второй, он освещался уже на этом сайте — а вот хочется положить форму в нашу библиотеку. Нет проблем, кладём, запускаем. Форма создаёт свою копию на панели задач. Почему? Если вы создавали окно средствами WinAPI, то обращали внимание на то, что заг оловок окна и текст соответствующей кнопки на панели задач совпадают и сделать их (тексты) различными невозможно. Т.е. когда процесс создаёт первое окно, у которого владелец — пустая ссылка (если точнее то Handle — дескриптор), то окно выводится на панель задач. А как же Delphi? В переменной Application:TApplication, которая имеется всегда, когда вы используете модуль Forms, при создании Application содаётся невидимое окно, которое становится владельцем для всех окон приложения. А поскольку у библиотеки н е происходит действий по инициализации окна переменной Application, то создаваемая форма не имеет окна владельца и как следствие — появление кнопки на панели задач. Решение уже описано, это передача ссылки на экземпляр объекта Application из вызывающей пр ограммы в вызываемый модуль и присвоение переменной Application переданного значения. Главное перед выгрузкой библиотеки не забыть вернуть старое значение Application.

Совпадение свойств Name разных окон будет вызывать исключительную ситуацию. Избегнуть этого не сложно, а возникает ошибка видимо из-за того, что разные типы классов имеют одно имя в пределах одного контейнера.

Достаточно важным является уничтожение окна перед выгрузкой библиотеки и завершением программы. Delphi расслабляет: за выделенными ресурсами следить не надо, окна сами создаются и уничтожаются и ещё много чего делается за программиста. Накидал компонентик ов, установил связи и всё готово... Представим: библиотека выгружена, окно из библиотеки существует, система за библиотекой уже почистила дескрипторы, да остальные ресурсики и что получается? Секунд пять Delphi при закрытии программы висит, а затем "Acces s violation ..." далее вырезано цензурой...

Больше граблей замечено не было. Да и упомянутые — серьёзной проблемы не представляют, единственное, что нужно, писАть аккуратно, текст вылизывать, да и думать почаще.

Построение программы с Plug In-ами

Возможно 2 подхода к построению такой программы

плагины получают информацию от ядра программы, но сами к ядру не обращаются. Назовём такой подход пассивным. в активном подходе плагины инициируют некоторые события и заставляют ядро их слушаться.

Второй подход требует более сложного алгоритмического построения, поэтому я рассмотрю только первый.

Пусть у нас есть программа, умеющая подключать динамические библиотеки (любые). Но для эффективной работы необходимо, чтобы эти библиотеки предоставляли стандартный интерфейс по передаче данных. По-русски, должен существовать стандартный набор экспортируе мых функций библиотеки, через которые программа будет с ними общаться.

В процессе работы выяснилось, что для пассивной модели достаточно 6 функций:

Получение внутренней информации о плагине (в программе function GetModuleInfo:TModuleInfo). При наличии в библиотеке такой функции и правильном её вызове, мы будем знать что эта DLL — наш плагин. Сама функция может возвращать что угодно, например название и тип плагина.

Формирование начальных значений (в программе procedure Initialize). Плагин приводит себя в порядок после загрузки, т.е. заполняет переменные значениями по умолчанию. Передача данных в плагин (в программе procedure SetData(Kind:TDataKind;const Buffer;Size:Integer)). Позволяет передавать данные в плагин. Получение данных — в программе не реализована, но делается по типу SetData. Запуск плагина (в программе Run). Запускается плагин. Действия могут быть различными: показ окна, модальный показ окна, расчёт какого-либо параметра и т.д. И есесьно останов плагина. Здесь действия обратные пункту 2.

Немного остановлюсь на передаче данных. Паскаль при всей своей жёсткой типизации предоставляет приятное средство передачи в функцию нетипизированных данных. Если программа знает о том, какие именно данные пришли, оттипизировать :) их достаточно просто. Эт от способ передачи используется в SetData. В модуле SharedTypes.Pas, используемом всеми тремя проектами описаны соответствующие константы TDataKind для типов передаваемых данных.

Теперь о реализации

Пусть ядро, т.е. exe-файл, ищет плагины, запускает их и по таймеру передаёт в них два цифровых значения, которые один плагин будет изображать в текстовом виде, а второй в виде диаграмм. Реализация плагинов отличается минимально, поэтому расскажу об одном — Digital.dll. Начнём перечисление функций:

// получение информации о плагине
function
 GetModuleInfo:TModuleInfo;stdcall
;
var

  Buffer:array
 [byte] of
 char;
begin

  with
 Result do
 begin

    Name:='Отображение цифровых данных';
    Kind:=mkDigital;
    if
 GetModuleFileName(hInstance,@Buffer,SizeOf(Buffer)-1)>0 then

      Path:=ExtractFilePath(StrPas(Buffer));
  end
;
end
;

// Функция возвращает информацию о модуле. В данном
// случае это цифровое отображение, путь и тип модуля.

// инициализация
procedure
 Initialize;stdcall
;
begin

  // запоминание старого Application
  OldApp:=Application;
  fmDigitalMain:=nil
;
end
;

// Процедура запоминает переменную Application
// и делает нулевой ссылку на форму плагина.

// запуск
procedure
 Run;stdcall
;
begin

  // создание окна плагина
  if
 fmDigitalMain=nil
 then

    fmDigitalMain:=TfmDigitalMain.Create(Application);
end
;

// Процедура запуска плагина созда¸т окно.
// Окно созда¸тся видимым.

// останов
procedure
 Terminate;stdcall
;
begin

  // освобождение окна
  fmDigitalMain.Free;
  fmDigitalMain:=nil
;
  // восстановление старого TApplication
  Application:=OldApp;
end
;

// Процедура уничтожает окно и возвращает старый TApplication.

// при¸м данных
procedure
 SetData(Kind:TDataKind;const
 Buffer;Size:Integer);stdcall
;
begin

  case
 Kind of

    // передача TApplication
    dkApplication:if
 Size=SizeOf(TApplication) then

      Application:=TApplication(Buffer);
    // передача данных во время работы
    dkInputData:if
 fmDigitalMain<>nil
 then
 begin

      fmDigitalMain.SetData(Buffer,Size);
    end
;
  end
;
end
;

// Процедура получения данных. В зависимости от полученного
// типа данных с данные в переменной Buffer соответственно
// типизируются. Здесь происходит обращение к форме плагина,
// расписывать я его не буду, там вс¸ просто, см. исходники.
// Типы, которые используются  здесь, описаны в SharedTypes.pas

По плагинам это всё. 

Ядро

Прежде всего следует подумать об инкапсуляции функций подключённого плагина в класс. Этот класс реализован в Modules.pas. При создании экземпляра класса происходит поиск и запоминание всех адресов функций плагина. Последующие вызовы функций происходят в о дноимённых методах класса в том случае, если они не равны. Я приведу только описание типа класса:

type

  // описания типов функций модуля
  TGetModuleInfo=function
:TModuleInfo;stdcall
;
  TInitialize=procedure
;stdcall
;
  TRun=procedure
;stdcall
;
  TTerminate=procedure
;stdcall
;
  TSetData=procedure
(Kind:TDataKind;const
 Buffer;Size:Integer);stdcall
;

  // непосресдвенно сам класс
  TModule=class

  private

    FFileName:String
;  //имя файла
    FHandle:THandle;   // дескриптор библиотеки
    FModuleInfo:TModuleInfo;  // информация о модуле
    // адреса функций плагина
    FGetModuleInfo:TGetModuleInfo; // функция получения информации о модуле
    FInitialize:TInitialize;  // процедура инициализации 
    FRun:TRun;  // процедура запуска
    FTerminate:TTerminate;  // процедура останова
    FSetData:TSetData;  // процедура передачи данных
  public

    constructor
 Create(AFileName:String
;var
 IsValidModule:Boolean);
    destructor
 Destroy;override
;
    // вызов функций плагина
    function
 GetModuleInfo:TModuleInfo;
    procedure
 Initialize;
    procedure
 Run;
    procedure
 Terminate;
    procedure
 SetData(Kind:TDataKind;const
 Buffer;Size:Integer);
    // свойства плагина
    property
 FileName:String read
 FFileName;
    property
 Handle:THandle read
 FHandle;
    property
 ModuleInfo:TModuleInfo read
 FModuleInfo;
  end
;

Как видно из текста, это простая надстройка над плагином, не добавляющая функциональности, но позволяющая хранить всё в одном объекте.

Теперь осталось только собрать плагины и запустить. Сбор информации и запуск происходит по нажатию одноимённой кнопки на главной форме. Как собирать плагины — дело вкуса. В этом примере я сканирую заданный каталог, можно хранить в INI-файле, реестре, можн о придумать свой формат хранения. Сбор плагинов:

// нажатие кнопки запуска
procedure
 TfmMain.btStartClick(Sender: TObject);
  // добавление плагинов в список
  procedure
 AppendModulesList(FileName:String
);
  var

    Module:TModule;
    IsValid:Boolean;
  begin

    // создание экземпляра плагина
    Module:=TModule.Create(FileName,IsValid);
    // если создан некорректно
    if
 not
 IsValid then

      // удаление
      Module.Free
    else
 begin

      // добавление
      SetLength(ModulesList,Length(ModulesList)+1);
      ModulesList[Length(ModulesList)-1]:=Module;
    end
;
  end
;

var

  sr:TSearchRec;
  i:Integer;
begin

  // построение списка модулей
  SetLength(ModulesList,0);
  // поиск файлов *.dll
  if
 FindFirst(edPath.Text+'*.dll',faAnyFile and
 not
 faDirectory,sr)=0 then
 begin

    AppendModulesList(edPath.Text+sr.Name);
    while
 FindNext(sr)=0 do

      AppendModulesList(edPath.Text+sr.Name);
  end
;
  // запуск найденных модулей
  if
 Length(ModulesList)>0 then
 begin

    for
 i:=0 to
 Length(ModulesList)-1 do
 begin

      // инициализация
      ModulesList[i].Initialize;
      // передача Application
      ModulesList[i].SetData(dkApplication,Application,SizeOf(Application));
      // запуск плагина
      ModulesList[i].Run;
    end
;
    // старт таймера
    Events.Enabled:=True
;
  end
;
end
;

Мне кажется, что я достаточно подробно описал в комментариях производимые действия :) Ну и последнее — засылка данных по таймеру: 

procedure
 TfmMain.EventsTimer(Sender: TObject);
var

  Values:array
 [0..1] of
 Word;
  i:Integer;
begin

  // формирование случайных значений
  Values[0]:=Random($ffff);
  Values[1]:=Random($ffff);
  // передача данных
  if
 Length(ModulesList)>0 then

    for
 i:=0 to
 Length(ModulesList)-1 do
 begin

      ModulesList[i].SetData(dkInputData,Values,SizeOf(Values));
    end
;
end
;

Желательно не забывать об освобождении модулей. Это уже в самом конце (см. исходные тексты).

Другое по теме:

• Программный поиск файлов
• Создание и использование DLL
• Hooks - аспекты реализации