最新linux下C++动态链接C++库示例详解.docx
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最新linux下C++动态链接C++库示例详解.docx
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最新linux下C++动态链接C++库示例详解
linux下C++动态链接C++库示例详解
linux下C++动态链接C++库示例详解2013-06-2723:
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dlopenAPI动态地加载C++函数和类,是UnixC++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miniHOWTO的缘由。
理解这篇文档的前提是对C/C++语言中dlopenAPI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namemangling
(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dlopenAPI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namemangling。
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.NameMangling
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namemangling。
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namemangling。
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dlopenAPI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Cbinding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
intmain(){
usingstd:
:
cout;
usingstd:
:
cerr;
cout<<"C++dlopendemo\n\n";
//openthelibrary
cout<<"Openinghello.so...\n";
void*handle=dlopen("./hello.so",RTLD_LAZY);
if(!
handle){
cerr<<"Cannotopenlibrary:
"< return1; } //loadthesymbol cout<<"Loadingsymbolhello...\n"; typedefvoid(*hello_t)(); //reseterrors dlerror(); hello_thello=(hello_t)dlsym(handle,"hello"); constchar*dlsym_error=dlerror(); if(dlsym_error){ cerr<<"Cannotloadsymbol'hello': "< dlclose(handle); return1; } //useittodothecalculation cout<<"Callinghello...\n"; hello(); //closethelibrary cout<<"Closinglibrary...\n"; dlclose(handle); } //---------- //hello.cpp: //---------- #include extern"C"voidhello(){ 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(externlinkage)和C语言链接(languagelinkage), 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"intfoo; extern"C"voidbar(); 和代码: extern"C"{ externintfoo; externvoidbar(); } 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"intfoo; 和代码: extern"C"{ intfoo; } 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(classfactoryfunctions)(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 intmain(){ usingstd: : cout; usingstd: : cerr; //loadthetrianglelibrary void*triangle=dlopen("./triangle.so",RTLD_LAZY); if(! triangle){ cerr<<"Cannotloadlibrary: "< return1; } //reseterrors dlerror(); //loadthesymbols create_t*create_triangle=(create_t*)dlsym(triangle,"create"); constchar*dlsym_error=dlerror(); if(dlsym_error){ cerr<<"Cannotloadsymbolcreate: "< return1; } destroy_t*destroy_triangle=(destroy_t*)dlsym(triangle,"destroy"); dlsym_error=dlerror(); if(dlsym_error){ cerr<<"Cannotloadsymboldestroy: "< return1; } //createaninstanceoftheclass polygon*poly=create_triangle(); //usetheclass poly->set_side_length(7); cout<<"Theareais: "< //destroytheclass destroy_triangle(poly); //unloadthetrianglelibrary dlclose(triangle); } 主程序的编译与运行: $g++-Wall-g-rdynamic-ldlmain.cpp-ocompile_c++LIBc++ $./compile_c++LIBc++ Theareais: 42.4352 //---------- //polygon.hpp: //---------- #ifndefPOLYGON_HPP #definePOLYGON_HPP classpolygon{ protected: doubleside_length_; public: polygon(): side_length_(0){} virtual~polygon(){} voidset_side_length(doubleside_length){ side_length_=side_length; } virtualdoublearea()const=0; }; //thetypesoftheclassfactories typedefpolygon*create_t(); typedefvoiddestroy_t(polygon*); #endif //---------- //triangle.cpp: //---------- #include"polygon.hpp" #include classtriangle: publicpolygon{ public: virtualdoublearea()const{ returnside_length_*side_length_*sqrt(3)/2; } }; //theclassfactories extern"C"polygon*create(){ returnnewtriangle; } extern"C"voiddestroy(polygon*p){ deletep; } 动态库的编译: $g++-Wall-g-fPIC-otriangle.so-sharedtriangle.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__ classArithmetic { protected: intm_iVarA; intm_iVarB; public: voidset_member_var(inta,intb){ m_iVarA=a; m_iVarB=b; } public: virtualintadd()const=0; //intadd(); intsub(); intmul(); intdiv(); intmod(); public: Arithmetic(): m_iVarA(0),m_iVarB(0){} virtual~Arithmetic(){} }; typedefArithmetic*create_t(); typedefvoiddestroy_t(Arithmetic*); #endif /*! ****************************************************************************** *\File *arith.cpp ****************************************************************************** */ #include"arith.h" classarith: publicArithmetic{ public: virtualintadd()const{ return(m_iVarA+m_iVarB); } }; //theclassfactories extern"C"Arithmetic*create(inta,intb){ returnnewarith; } extern"C"voiddestroy(Arithmetic*p){ deletep; } 编译动态库: $g++-Wall-g-fPIC-oarith.so-sharedarith.cpp 主程序: /*! ****************************************************************************** *\File *main.cpp *\Brief *C++sourcecode *\Author *Hank ****************************************************************************** */ #include #include #include"arith.h" usingnamespacestd; intmain(intargc,char*argv[]) { inta=4,b=3; intret=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"); constchar*dlsym_error=dlerror(); if(dlsym_error){ cerr<<"Cannotloadsymbolcreate: "< return1; } destroy_t*destroy_arith=(destroy_t*)dlsym(p_Handler,"destroy"); dlsym_error=dlerror(); if(dlsym_error){ cerr<<"Cannotloadsymboldestroy: "< return1; } Arithmetic*arith_obj=create_arith(); arith_obj->set_member_var(a,b); ret=arith_obj->add();
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