【C++】转贴:使用dlopen API动态地加载C++函数和类 淩亂°似流年 2022-09-30 04:54 167阅读 0赞 C++ dlopen mini HOWTO 作者:Aaron Isotton <[aaron@isotton.com][aaron_isotton.com]> 2006-03-16 译者:[Lolita@linuxsir.org][Lolita_linuxsir.org] 2006-08-05 \------------------------------------------------ 摘要 如何使用dlopen API动态地加载C++函数和类 \------------------------------------------------ 目录 介绍 版权和许可证 不承诺 贡献者 反馈 术语 问题所在 Name Mangling 类 解决方案 extern "C" 加载函数 加载类 源代码 FAQ 其他 参考书 \------------------------------------------------ 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/][http_www.isotton.com_howtos_C_-dlopen-mini-HOWTO] 版权和许可证 这篇文档《C++ dlopen mini HOWTO》版权为Aaron Isotton所有(copyrighted (c) 2002-2006),任何人在遵守自由软件基金会制定的GPLv2许可证条款前提下可以自由拷贝、分发和修改这份文档。 不承诺 本文不对文中的任何内容作可靠性承诺。您必须为您自己使用文中任何概念、示例和信息承担风险,因为其中可能存在错误和不准确的地方,或许会损坏您的系统──尽管几乎不可能发生此类事故,但您还是小心行事──作者不会为此负任何责任。 贡献者 在这篇文档中,我欣然致谢(按字母顺序): ◆ Joy Y Goodreau <joyg (at) us.ibm.com> 她的编辑工作. ◆ D. Stimitis <stimitis (at) idcomm.com> 指出一些formatting和name mangling的问题, 还指出extern “C”的一些微妙之处。 反馈 欢迎对本文档的反馈信息!请把您的补充、评论和批评发送到这个邮件地址:<[aaron@isotton.com][aaron_isotton.com]>。 术语 dlopen API 关于dlclose、dlerror、dlopen和dlsym函数的描述可以在 dlopen(3) man手册页查到。 请注意,我们使用“dlopen”时,指的是dlopen函数,而使用“dlopen API”则是指整个API集合。 \------------------------------------------------ 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。 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][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。 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。 解决方案 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。 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" , 还有才用花括号的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。 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); \} //---------- //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; \} \-------------------------------------------------------------------------------- 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( [http://www.parashift.com/c++-faq-lite/][http_www.parashift.com_c_-faq-lite] )的第20节了解到更多关于该问题的信息。 源代码 你可以下载所有包含在本文档中的代码包: [http://www.isotton.com/howtos/C++-dl...xamples.tar.gz][http_www.isotton.com_howtos_C_-dl...xamples.tar.gz] 本文来自CSDN博客,转载请标明出处:[http://blog.csdn.net/tlzhu/archive/2008/07/17/2663777.aspx][http_blog.csdn.net_tlzhu_archive_2008_07_17_2663777.aspx] [aaron_isotton.com]: mailto:aaron@isotton.com [Lolita_linuxsir.org]: mailto:Lolita@linuxsir.org [http_www.isotton.com_howtos_C_-dlopen-mini-HOWTO]: http://www.isotton.com/howtos/C++-dlopen-mini-HOWTO/ [foo_4_6]: mailto:foo@4%6 [http_www.parashift.com_c_-faq-lite]: http://www.parashift.com/c++-faq-lite/ [http_www.isotton.com_howtos_C_-dl...xamples.tar.gz]: http://www.isotton.com/howtos/C++-dl...xamples.tar.gz [http_blog.csdn.net_tlzhu_archive_2008_07_17_2663777.aspx]: http://blog.csdn.net/tlzhu/archive/2008/07/17/2663777.aspx
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