使用c++編寫和使用.so動態連接庫

參考：

《程序員的自我修養 ---- 連接，裝載與庫》

《C++ dlopen mini HOWTO》http://www.tldp.org/HOWTO/pdf/C++-dlopen.pdf

1,使用 c 生成動態連接庫mylib.so的簡單示例

     聲明文件mylib.h

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#ifndef __MY_LIB_H__
#define __MY_LIB_H__
void foobar(int i);
#endif /* __MY_LIB_H__ */

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    實現文件mylib.c

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#include <stdio.h>
#include "mylib.h"
void foobar(int i)
{
  printf("Printing from mylib.so %d\n", i);
}

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    使用 gcc 將 mylib.c 編譯成一個共享對象文件，以下命令：

[steven@sasd c++]$ gcc-fPIC -shared -o mylib.so mylib.c

[steven@sasd c++]$ ll

total 16

-rw-rw-r--. 1 steven steven  109 Apr 13 09:27 mylib.c

-rw-rw-r--. 1 steven steven   90 Apr 13 09:26 mylib.h

-rwxrwxr-x. 1 steven steven 6210 Apr 1309:28 mylib.so

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注：

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2這裏的共享對象其實全稱是動態共享對象文件（Dynamic Shared Objects，簡寫爲DSO）；

2-fPIC：地址無關代碼（Position-Independent Code），該技術主要用於解決SO中對絕對地址的重定位問題；

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2,動態連接.so

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下面在咱們的c++程序中連接並使用此.so文件，在C++中，是使用 linkage directive 方式指出任意非C++函數所用的語言，也就是用extern 「C」來指示對應的聲明是使用C來實現的，這樣對於該聲明中的文件的編譯會採用對應的C編譯器來編譯處理，以下爲使用示例：

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// use_mylib.cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#include "mylib.h" // for foobar()
#ifdef __cplusplus
}
#endif
int main()
{
  foobar(100);
  return 0;
}

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編譯及運行結果：

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[steven@sasd c++]$ g++ -o use_mylibuse_mylib.cpp ./mylib.so

[steven@sasd c++]$ ./use_mylib

Printing from mylib.so 100

[steven@sasd c++]$

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3,運行時動態加載.so

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動態庫的運行時加載時經過一系列由動態連接器（dynamic linker）提供的API來實現的，這幾個API的實現都是在libdl.so中的，且相關的聲明和常量定義在頭文件<dlfcn.h>中。

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dlopen()：主要用來打開一個.so，並將其加載到進程的地址空間，完成初始化過程，原型以下：

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void *dlopen(const char *filename, int flag);

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filename：the dynamic library file named by the null-terminated string；對於路徑設置爲相對路徑或絕對路徑情形下，dlopen()是如何查找該動態庫文件的，這個直接參考man；

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flag：用於表示函數符號的解析方式，如：RTLD_LAZY表示使用延遲綁定，只有在函數第一次被使用時纔會去綁定，即PLT機制；相對應的爲RTLD_NOW表示當模塊被加載時即完成全部的函數綁定工做，若是有任何未定義的符號引用的綁定工做沒法完成，dlopen都直接返回錯誤；其餘的flag標識能夠直接參考man；

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返回值是被加載的模塊的句柄，該句柄會被其餘的幾個API使用到，若是加載失敗，則返回NULL。

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dlsym()：經過此函數來找到所須要的符號，定義以下：

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void *dlsym(void *handle, const char *symbol);

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第一個參數handle就是dlopen返回的句柄，第二個參數symbol表示要查找的符號的名字，一個以‘\0’ 結尾的字符串；

若是dlsym找到了相應的符號，則返回該符號的值；若是沒有找到，則返回NULL。

對於不一樣類型的符號，返回的指針意義不一樣：若是爲函數，則爲函數地址；若是爲變量，則爲變量的地址；若是爲常量，則應該爲常量的值；

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dlerror()：在調用dlopen，dlsym，dlclose以後，均可以經過dlerror()來判斷上一次調用是否成功，dlerror的返回值爲char*，若是返回NULL，則表示調用成功；不然返回對應的錯誤消息；函數原型聲明以下：

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char *dlerror(void);

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dlclose()：卸載一個已經加載的模塊。

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在系統內部會維持一個加載引用計數器，每次調用dlopen()來加載模塊時，相應的計數器加1；每次調用dlclose()卸載某模塊時，相應計數器減1。當計數器等於0時，該模塊纔會真正被卸載掉。

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下面直接上示例：

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// ex_dload_so.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
#include <dlfcn.h>
int main()
{
  // 爲上面生成的.so文件的絕對路徑
  const char *MYLIB_PATH = "/home/steven/test/c++/mylib.so";
                                                            
  // 加載指定的 .so 文件
  void *handle = dlopen(MYLIB_PATH, RTLD_NOW);
  if (handle == NULL)
  {
    cerr << "Open library " << MYLIB_PATH << " error: " << dlerror() << endl;
    return -1;
  }
                                                            
  // 查找函數foobar，並返回函數指針
  void (*fn_foobar)(int);
  fn_foobar = (void (*)(int))dlsym(handle, "foobar");
  char *error = NULL;
  if ((error = dlerror()) != NULL)
  {
    cerr << "Symbol foobar not found: " << error << endl;
    dlclose(handle);
    return -2;
  }
                                                            
  // 調用對應的foobar函數打印輸出
  fn_foobar(123);
                                                            
  dlclose(handle);
  return 0;
}

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編譯運行效果：

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[steven@sasd c++]$ g++-ldl -o ex_dload_so ex_dload_so.cpp

[steven@sasd c++]$ ./ex_dload_so

Printing from mylib.so 123

[steven@sasdc++]$

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4,使用c++建立和使用含有class的.so，採用多態機制實現接口發佈，示例摘自《C++ dlopen mini HOWTO》

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1)生成動態連接庫triangle.so文件

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// polygon.h
#ifndef __POLYGON_H__
#define __POLYGON_H__
class Polygon
{
protected:
  double m_side_len;
public:
  Polygon() : m_side_len(0) {}
  virtual ~Polygon() {}
  void set_side_len(double side_len)
  {
    m_side_len = side_len;
  }
                                      
  virtual double area() const = 0;
};
typedef Polygon* create_t();
typedef void destroy_t(Polygon*);
#endif /* __POLYGON_H__ */

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// triangle.cpp
#include "polygon.h"
#include <cmath>
class Triangle: public Polygon
{
public:
  virtual double area() const
  {
    return m_side_len * m_side_len * sqrt(3) / 2;
  }
};
extern "C" Polygon* create()
{
  return new Triangle;
}
extern "C" void destroy(Polygon *p)
{
  delete p;
}

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編譯生成 triangle.so

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[steven@sasd c++]$ g++ -fPIC -shared -o triangle.so triangle.cpp

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2) 使用該動態連接庫

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// ex_dload_cppso.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <dlfcn.h>
using namespace std;
#include "polygon.h"
int main()
{
  // load triangle library
  void *triangle = dlopen("./triangle.so", RTLD_LAZY);
  if (!triangle)
  {
    cerr << "Can not load library: " << dlerror() << endl;
    return -1;
  }
         
  // reset errors
  dlerror();
         
  // load the symbols "create"
  create_t *create_triangle = (create_t*) dlsym(triangle, "create");
  const char *dlsym_err = dlerror();
  if (dlsym_err)
  {
    cerr << "Can not load symbol create: " << dlsym_err << endl;
    return -2;
  }
         
  // load the symbols "destroy"
  destroy_t* destroy_triangle = (destroy_t*) dlsym(triangle, "destroy");
  dlsym_err = dlerror();
  if (dlsym_err)
  {
    cerr << "Can not load symbol destroy: " << dlsym_err << endl;
    return -2;
  }
         
  // create an instance of class <Trangle>
  Polygon *poly = create_triangle();
         
  // set side length of <Triagle>
  poly->set_side_len(8);
  cout << "The area is " << poly->area() << endl;
         
  // destroy the class
  destroy_triangle(poly);
         
  // unload the triangle.so library
  dlclose(triangle);
         
  return 0;
}

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編譯運行：

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[steven@sasd c++]$ g++ -ldl -o ex_dload_cppso ex_dload_cppso.cpp

[steven@sasd c++]$ ./ex_dload_cppso

The area is 55.4256

[steven@sasd c++]$