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:http:/www.isotton.com/howtos/C+-dlopen-mini-HOWTO/ 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foo4%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 CC+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 #include int main() using std:cout;using std:cerr;cout C+ dlopen demonn;/ open the librarycout Opening hello.so.n;void* handle = dlopen(./hello.so, RTLD_LAZY);if (!handle) cerr Cannot open library: dlerror() n;return 1;/ load the symbolcout Loading symbol hello.n;typedef void (*hello_t)();/ reset errorsdlerror();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 calculationcout Calling hello.n;hello();/ close the librarycout Closing library.n;dlclose(handle);/-/ hello.cpp:/-#include 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 #include int main() using std:cout;using std:cerr;/ load the triangle libraryvoid* triangle = dlopen(./triangle.so, RTLD_LAZY);if (!triangle) cerr Cannot load library: dlerror() n;return 1;/ reset errorsdlerror();/ load the symbolscreate_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 set_side_length(7);cout The area is: area() n;/ destroy the classdestroy_triangle(poly);/ unload the triangle librarydlclose(triangle);主程序的编译与运行:$ g+ -Wall -g -rdy