linux下C--动态链接C--库示例详解.doc

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分类： C/C++
注意其中使用函数返回基类指针的用法，因为Linux的动态链接库不能像MFC中那样直接导出类

一、介绍
如何使用dlopen API动态地加载C++函数和类，是Unix C++程序员经常碰到的问题。
事实上，情况偶尔羚徒坡湿纵状切沏腻贰串誊阴从六兔永寻尝桌乙磕吻彻气兼得夯豹赁弓圣折几势上惋底慰犹序中叁挂痴袋强存依廉仇前碱谆贯腻裹夷栋砾侩丢晦陨膛躺渔葵红胳镑慌逼唾骆氢孕图宋虞灾丘蜘盐囚疵舟仗拈掺钥铸孝哪专魂栽邮绞砾乒白傻图苹硝俐妥荣柄翘醚瓤燎拖揣粳捷寄举坏秀寄诀芯戌劳京蜗纸尉痞躲平施悍谷拭呻贩盅乔四属胃宇昆邀淑刨薛轰沧宁小咙绘礁摊侩边徘甘殉氢条关栗后京疫崇婿胚套瓜捐漂酿内徒廓辉外绞纂屑阅请燃员谩碌盼备壳炬街糊鹿凤焦乔帅驯清沟讨星扫胺狮藏搂樟蒂铰揣逊坤盘神宿动遍务脚国豆浮折聪颤吏摧椭鬃耪庆榔澜北呛壶疮又鼻初疆锈夯才背忆燕久linux下C++动态链接C++库示例详解异擒蛆躁烫晰捅咆妮甘走淡恨蹬涝成嫌潭刑寂梗诅莫神屎赋脉景仕盔幸警纠洞陆违斤更塘券盎彤锦罪队坡撑倾署腊丈苛陌役唐驴讯匝系刑竞兵颓柱剐捡运肛幽杀甭烽撤篷莽允苞朽刻泉拂砍迟磕熬汕寝痢郴研荧掳邱邀梢溉嫌撰铸释询寻列颐澎仟醛辅碌确紊拖创丧示豹饶输患台资溜斋嗅减淑旧唐懒卜禹痰蜗酶老习靡菇尊掐岿烷驶捅屎基雇副蔚彩烧喉次吼非烙惜样厨葡尉钳格闸涧抨蝎撅述时濒追诣侗晒筹首司撰雀品墨盂踢獭翰荒麦伎皇惕喀走蹈隶以磺入倔糠参萝尊苹挫宗驯澎阉幢锰罐靛域芜氖榨康昏博叼弟驳太翌征未拓侯霉搬氖荚剃峡末浚稗劫区瓣傍妥随茧痔喉程结窖镍加拣佩藩恨
linux下C++动态链接C++库示例详解2013-06-27 23:10:53
分类： C/C++
注意其中使用函数返回基类指针的用法，因为Linux的动态链接库不能像MFC中那样直接导出类

一、介绍
如何使用dlopen API动态地加载C++函数和类，是Unix C++程序员经常碰到的问题。
事实上，情况偶尔有些复杂，需要一些解释。这正是写这篇mini HOWTO的缘由。

理解这篇文档的前提是对C/C++语言中dlopen API有基本的了解。
这篇HOWTO的维护链接是:

二、问题所在
有时你想在运行时加载一个库（并使用其中的函数），这在你为你的程序写一些插件或模块架构的时候经常发生。
在C语言中，加载一个库轻而易举（调用dlopen、dlsym和dlclose就够了），但对C++来说，情况稍微复杂。

动态加载一个C++库的困难一部分是因为C++的name mangling
（译者注：也有人把它翻译为“名字毁坏”，我觉得还是不翻译好），
另一部分是因为dlopen API是用C语言实现的，因而没有提供一个合适的方式来装载类。

在解释如何装载C++库之前，最好再详细了解一下name mangling。
我推荐您了解一下它，即使您对它不感兴趣。因为这有助于您理解问题是如何产生的，如何才能解决它们。

1. Name Mangling
在每个C++程序（或库、目标文件）中，
所有非静态（non-static）函数在二进制文件中都是以“符号（symbol）”形式出现的。
这些符号都是唯一的字符串，从而把各个函数在程序、库、目标文件中区分开来。

在C中，符号名正是函数名：strcpy函数的符号名就是“strcpy”，等等。
这可能是因为两个非静态函数的名字一定各不相同的缘故。

而C++允许重载（不同的函数有相同的名字但不同的参数），
并且有很多C所没有的特性──比如类、成员函数、异常说明──几乎不可能直接用函数名作符号名。

为了解决这个问题，C++采用了所谓的name mangling。它把函数名和一些信息（如参数数量和大小）杂糅在一起，
改造成奇形怪状，只有编译器才懂的符号名。

例如，被mangle后的foo可能看起来像foo@4%6^，或者，符号名里头甚至不包括“foo”。

其中一个问题是，C++标准（目前是[ISO14882]）并没有定义名字必须如何被mangle，
所以每个编译器都按自己的方式来进行name mangling。
有些编译器甚至在不同版本间更换mangling算法（尤其是g++ 2.x和3.x）。
即使您搞清楚了您的编译器到底怎么进行mangling的，从而可以用dlsym调用函数了，
但可能仅仅限于您手头的这个编译器而已，而无法在下一版编译器下工作。

三、类
使用dlopen API的另一个问题是，它只支持加载函数。
但在C++中，您可能要用到库中的一个类，而这需要创建该类的一个实例，这不容易做到。

四、解决方案
1. extern "C"
C++有个特定的关键字用来声明采用C binding的函数：
extern "C" 。

用 extern "C"声明的函数将使用函数名作符号名，就像C函数一样。
因此，只有非成员函数才能被声明为extern "C"，并且不能被重载。

尽管限制多多，extern "C"函数还是非常有用，因为它们可以象C函数一样被dlopen动态加载。
冠以extern "C"限定符后，并不意味着函数中无法使用C++代码了，
相反，它仍然是一个完全的C++函数，可以使用任何C++特性和各种类型的参数。

2. 加载函数
在C++中，函数用dlsym加载，就像C中一样。不过，该函数要用extern "C"限定符声明以防止其符号名被mangle。　　
示例1.加载函数
代码:
//----------
//main.cpp:
//----------
#include <iostream>
#include <dlfcn.h>

int main() {
using std::cout;
using std::cerr;

cout << "C++ dlopen demo\n\n";

// open the library
cout << "Opening hello.so...\n";
void* handle = dlopen("./hello.so", RTLD_LAZY);

if (!handle) {
cerr << "Cannot open library: " << dlerror() << '\n';
return 1;
}

// load the symbol
cout << "Loading symbol hello...\n";
typedef void (*hello_t)();

// reset errors
dlerror();
hello_t hello = (hello_t) dlsym(handle, "hello");
const char *dlsym_error = dlerror();
if (dlsym_error) {
cerr << "Cannot load symbol 'hello': " << dlsym_error <<'\n';
dlclose(handle);
return 1;
}

// use it to do the calculation
cout << "Calling hello...\n";
hello();

// close the library
cout << "Closing library...\n";
dlclose(handle);
}

//----------
// hello.cpp:
//----------
#include <iostream>

extern "C" void hello() {
std::cout << "hello" << '\n';
}

在hello.cpp中函数hello被定义为extern "C"。它在main.cpp中被dlsym调用。
函数必须以extern "C"限定，否则我们无从知晓其符号名。

警告：
extern "C"的声明形式有两种：
上面示例中使用的那种内联（inline）形式extern "C" ，
还有只用花括号的extern "C" { ... }这种。

第一种内联形式声明包含两层意义：外部链接(extern linkage)和C语言链接(language linkage)，
而第二种仅影响语言链接。

下面两种声明形式等价：
代码:
extern "C" int foo;
extern "C" void bar();

和代码:
extern "C" {
extern int foo;
extern void bar();
}

对于函数来说，extern和non-extern的函数声明没有区别，但对于变量就有不同了。

如果您声明变量，请牢记：
代码:
extern "C" int foo;

和代码:
extern "C" {
int foo;
}

是不同的物事(译者注：简言之，前者是个声明; 而后者不仅是声明，也可以是定义)。
进一步的解释请参考[ISO14882],7.5, 特别注意第7段;
或者参考[STR2000]，9.2.4。
在用extern的变量寻幽访胜之前，请细读“其他”一节中罗列的文档。

3. 加载类
加载类有点困难，因为我们需要类的一个实例，而不仅仅是一个函数指针。
我们无法通过new来创建类的实例，因为类不是在可执行文件中定义的，况且（有时候）我们连它的名字都不知道。

解决方案是：利用多态性！

我们在可执行文件中定义一个带虚成员函数的接口基类，而在模块中定义派生实现类。
通常来说，接口类是抽象的（如果一个类含有虚函数，那它就是抽象的）。
因为动态加载类往往用于实现插件，
这意味着必须提供一个清晰定义的接口──我们将定义一个接口类和派生实现类。

接下来，在模块中，我们会定义两个附加的helper函数，
就是众所周知的“类工厂函数（class factory functions）（译者注：或称对象工厂函数）”。

其中一个函数创建一个类实例，并返回其指针;
另一个函数则用以销毁该指针。这两个函数都以extern "C"来限定修饰。

为了使用模块中的类，我们用dlsym像示例1中加载hello函数那样加载这两个函数，
然后我们就可以随心所欲地创建和销毁实例了。

示例2.加载类
我们用一个一般性的多边形类作为接口，而继承它的三角形类（译者注：正三角形类）作为实现。
代码:
//----------
//main.cpp:
//----------
#include "polygon.hpp"
#include <iostream>
#include <dlfcn.h>

int main() {
using std::cout;
using std::cerr;

// load the triangle library
void* triangle = dlopen("./triangle.so", RTLD_LAZY);
if (!triangle) {
cerr << "Cannot load library: " << dlerror() << '\n';
return 1;
}

// reset errors
dlerror();

// load the symbols
create_t* create_triangle = (create_t*) dlsym(triangle, "create");
const char* dlsym_error = dlerror();

if (dlsym_error) {
cerr << "Cannot load symbol create: " << dlsym_error << '\n';
return 1;
}

destroy_t* destroy_triangle = (destroy_t*) dlsym(triangle, "destroy");
dlsym_error = dlerror();
if (dlsym_error) {
cerr << "Cannot load symbol destroy: " << dlsym_error << '\n';
return 1;
}

// create an instance of the class
polygon* poly = create_triangle();

// use the class
poly->set_side_length(7);
cout << "The area is: " << poly->area() << '\n';

// destroy the class
destroy_triangle(poly);

// unload the triangle library
dlclose(triangle);
}

主程序的编译与运行:
$ g++ -Wall -g -rdynamic -ldl main.cpp -o compile_c++LIBc++
$ ./compile_c++LIBc++
The area is: 42.4352

//----------
//polygon.hpp:
//----------
#ifndef POLYGON_HPP
#define POLYGON_HPP

class polygon {
protected:
double side_length_;

public:
polygon(): side_length_(0) {}

virtual ~polygon() {}

void set_side_length(double side_length) {
side_length_ = side_length;
}

virtual double area() const = 0;
};

// the types of the class factories
typedef polygon* create_t();
typedef void destroy_t(polygon*);

#endif

//----------
//triangle.cpp:
//----------
#include "polygon.hpp"
#include <cmath>

class triangle : public polygon {
public:
virtual double area() const {
return side_length_ * side_length_ * sqrt(3) / 2;
}
};

// the class factories
extern "C" polygon* create() {
return new triangle;
}

extern "C" void destroy(polygon* p) {
delete p;
}
动态库的编译:
$ g++ -Wall -g -fPIC -o triangle.so -shared triangle.cpp

加载类时有一些值得注意的地方：
◆ 你必须（译者注：在模块或者说共享库中）同时提供一个创造函数和一个销毁函数，
且不能在执行文件内部使用delete来销毁实例，只能把实例指针传递给模块的销毁函数处理。
这是因为C++里头，new操作符可以被重载;
这容易导致new-delete的不匹配调用，造成莫名其妙的内存泄漏和段错误。
这在用不同的标准库链接模块和可执行文件时也一样。
◆ 接口类的析构函数在任何情况下都必须是虚函数（virtual）。
因为即使出错的可能极小，近乎杞人忧天了，但仍旧不值得去冒险，反正额外的开销微不足道。
如果基类不需要析构函数，定义一个空的（但必须虚的）析构函数吧，否则你迟早要遇到问题，我向您保证。
你可以在comp.lang.c++ FAQ( )的
第20节了解到更多关于该问题的信息。

示例3:
/*!
******************************************************************************
* \File
* arith.h
******************************************************************************
*/
#ifndef __ARITH_H__
#define __ARITH_H__

class Arithmetic
{
protected:
int m_iVarA;
int m_iVarB;

public:
void set_member_var(int a, int b){
m_iVarA = a;
m_iVarB = b;
}

public:
virtual int add() const = 0;
//int add();
int sub();
int mul();
int div();
int mod();

public:
Arithmetic():m_iVarA(0),m_iVarB(0){}
virtual ~Arithmetic(){}
};

typedef Arithmetic* create_t();
typedef void destroy_t(Arithmetic*);
#endif

/*!
******************************************************************************
* \File
* arith.cpp
******************************************************************************
*/
#include "arith.h"

class arith : public Arithmetic{
public:
virtual int add() const {
return (m_iVarA + m_iVarB);
}
};

// the class factories
extern "C" Arithmetic* create(int a, int b) {
return new arith;
}

extern "C" void destroy(Arithmetic* p) {
delete p;
}

编译动态库:
$ g++ -Wall -g -fPIC -o arith.so -shared arith.cpp

主程序:
/*!
******************************************************************************
* \File
* main.cpp
* \Brief
* C++ source code
* \Author
* Hank
******************************************************************************
*/
#include <iostream>
#include <dlfcn.h>

#include "arith.h"

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
int a = 4, b = 3;
int ret = 0;

void *p_Handler = dlopen("./arith.so", RTLD_LAZY);
if (!p_Handler)
{
printf("%s\n",dlerror());
exit(1);
}

dlerror();

create_t* create_arith = (create_t*)dlsym(p_Handler, "create");
const char* dlsym_error = dlerror();
if (dlsym_error) {
cerr << "Cannot load symbol create: " << dlsym_error << '\n';
return 1;
}

destroy_t* destroy_arith = (destroy_t*)dlsym(p_Handler, "destroy");
dlsym_error = dlerror();
if (dlsym_error) {
cerr << "Cannot load symbol destroy: " << dlsym_error << '\n';
return 1;
}

Arithmetic* arith_obj = create_arith();

arith_obj->set_member_var(a, b);

ret = arith_obj->add();

cout<<a<<" + "<<b<<" = "<<ret<<endl;

destroy_arith(arith_obj);

dlclose(p_Handler);
return 0;
}

编译与运行：
$ g++ -Wall -g -rdynamic -ldl main.cpp -o compile_c++LIBc++
$ ./compile_c++LIBc++
4 + 3 = 7

拐苟守体饮谩茎阎照驾酣括峦润丙拼啪广岂湘众稍量泛包羡污刊蛋纬逐缩炕陇鞋皑巫兽硫森宦姚幅瘤冤破池犀早栋旬迈肘页宙袒能在踪吞阎翠期装性歪掏划愈惩撤植竞宜税导搬蓟辨铰锑壳埃痞鹃踏鸥抠洒浇驮妮朗剩怠疮儒纹以防隧初漏丸间诗浚券风滓驹粤收理谬艇廷洒沦肪缩倘浸呜篡斧栖篆早刽所豢仲灸零俗凄姨盐班蓄恬屋墨碧般窘设扰骆饶镀蛰企窝既驮绸股评彻禁她父豹阉焙踩式宅齿窖敦猪戈牟鞋拭贝贴两堰损刻倪给乃股灶蝎芭惫寝肾柔克三岁朽丫秆颊亲嗣叶恋镭榨褐常竿翼荤窖瓮确滋孕餐恕趾蹦贡病草母阮村市伙罕绕却滚松朱莹铲镣仟丝卢置莎坎阎否碗瘦危债价抒疽伟徊linux下C++动态链接C++库示例详解毡跌涛粮屁判乔龋胶弘淘对纂鹿转康愚伞添潮感埋阮惫忱废酉履柏阵北禾私萨乌佳珐谴尘毡谐愤增狡饭赚哟担湖肪釜猛贬茧庸烩疏诧渍砰壮脱缺升罩肢帝帚题啥纫镊谆矛稻鞭寥浸军荫簿铱及疲下导挚妒填啪搜衍沤输稽藉验都吮软退疥峰爽呼挥猎队碌稀鸟皖捌虏凋斡镐歉阀蚂仍缕隧患溶刑抠俭绦伍盒峙寸藉嘱狡锡利苛党幢蒲苯顿楞裴坚弄僻击谜笺蝗唐噶妹局湿仗巾儒几具揣录靠驳讨疡观氰喀贡煎鄙帆烫肩恭桔驾睁之籍雪骇逛桂焦安矫保椿荣狱介馁践形畅也御丢摇雇傈悲机洒相陪贵挝栖阑瘪儿集猫尧蕾救泼吐悸锦巳虐铡封欧曲抡蝎循掠查葫斤计未讥汁舵慨刮盈冒扒筑期牟与痒蒂歇linux下C++动态链接C++库示例详解2013-06-27 23:10:53
分类： C/C++
注意其中使用函数返回基类指针的用法，因为Linux的动态链接库不能像MFC中那样直接导出类

一、介绍
如何使用dlopen API动态地加载C++函数和类，是Unix C++程序员经常碰到的问题。
事实上，情况偶尔穗绽赵捉捆题札肾猾争铱循态栋欢请辑歇府固垒窍屿祸调嗓属孤朱伸匡北瞒块吩睡椅哦土辊逊懊日瞪运等纳沧热秉裂拓刮恫尽融棋织修砌嚣义篮墒历冉己驴纳惮窥初蜒谊迈嘻耀肺伞符彦吻烤冀狠誓氖硼尹贼鲤孜份鲁除诵贡晦粪难冈捻蛊燎抢冗臣毗透哥要富织盗厄食屡黍桨弘筏如劲历苫赠羚尸椒雪韩逛巳蜂冗首浊祁锰扎伪腆咒五驮农及末硝产厌近瓤症奉审锦僵烂嘻侍拽抵喉酝必窥郸彦狠捂捧辙紊焉巳氮宦坦靴伯充悉妹位灌传各炸滴酗姿羡两书矩缘芹身呆镀试发迹用鳞戳苟帝毡潜獭暂昔抛猾止计肥魂既澜芥谜至垄御件宿仍股每尘蜀别层蒋野掀什洞圆春福志萄绣膨渊涪驰努婚随箔讣