[转载总结]Linux环境下C++运行时动态链接库加载要点总结

2023-09-10 阅读 21 评论 0

摘要：最近在看的一些web服务器源码的扩展部分基本上都使用到了.so动态库的运行时加载，也遇到了不少坑，看了不少网上的博客，在这里稍微总结转载一下，也是为了以后少走弯路。首先需要了解的就是静态库与动态库的知识了，可以参考https://blog.csd

最近在看的一些web服务器源码的扩展部分基本上都使用到了.so动态库的运行时加载，也遇到了不少坑，看了不少网上的博客，在这里稍微总结转载一下，也是为了以后少走弯路。

首先需要了解的就是静态库与动态库的知识了，可以参考https://blog.csdn.net/jnu_simba/article/details/9569107。

一般来说，如果用gcc编译的时候加上-shared和-fPIC选项，可以把源文件编译成一个so文件，可以在其他源程序连接阶段把这个链接上去，从而可以调用so文件提供的函数接口，这样可以多文件共用一个so文件提供的函数，即节省内存空间，也便于更新，所有的接口只需要更新so文件就行。除了上面的方法，还有一个方法，那就是在运行时由程序自己动态加载so文件，使用一系列系统调用如dlopen，dlsym，dlclose等来进行动态加载，获取函数地址从而进行函数调用，关闭加载的so文件等。一般以第一种方法用得多，但是第二种方法更灵活，结合配置文件，更具一般意义上的服务扩展性。

其实在这里本人碰到的就是对于C++Mangling的迷惑，每次使用dlsym函数都没法从g++编译产生的动态库中提取到相应的函数，最后才发现原来是缺少了一个extern "C"的问题，不过通过动态库加载类的方法也是挺有用的。

以下转载自https://blog.csdn.net/wzhg0508/article/details/46282973

Problem

安装运行所需环境、有些时候你想在运行时加载一个lib或者function or class，这种事情经常发生在你开发一个plugin或者module时遇到。

在C语言里，你可以轻松的利用dlopen, dlsym, dlclose来做到，但是在C++的世界里却没那么简单了。困难就在C＋＋语言的name mangling上，还有一部分就是dlopen函数是用纯C语言写的，不提供load classes功能。

在解析如何load function和class在c++语言中之前，还是线弄清问题吧－－－

。

C++ Name Mangling

在C++程序里（或lib or object file中），所有的non-static functions都是以二进制文件symbols来表示。这些symbols都是些特殊的文本字符串，都是唯一的在程序中，lib中活着object file中来标示一个文件。

然而在C语言中，函数的symbol名字就是函数名字本身，例如strcpy的symbol就是strcpy，所以在C语言中不会有中non-static函数出现重名情况。

word在什么环境下运行？由于C++有很多C语言没有的功能，例如class，函数的overloading，异常处理等等，所以symbol不可能简单的以函数名来定。为了解决这个问题，C++提出了name mangling，这个name mangling的功能就是把function的名字转换成只有compiler知道的奇怪字符串，利用该函数所有的已知信息，如果函数参数的类型，个数，函数等等，所有如果函数名字为foo（int， char），利用name mangling之后，其名字可能是foo_int_char或者其他字符串也说不定。

现在的问题是在C＋＋标准里（ISO14882）中还没有定义这个function name是被怎样的mangled的，每个编译器都有自己的一套方法。

Classes

另外一个问题就是dlopen函数仅支持load 函数，不支持load class。

很明显的是如果你想使用该class，就需要new instance出来。

Solution

extern “C”

C++有个特殊的关键字来声明函数用C的方式来绑定——extern “C”，在C++中函数如果用extern “C”在前面声明的话，就表示该函数的symbol以C语言方式来命名。

所以只有非成员函数可以用extern “C”来声明，而且他们不能被重载。
虽然很局限，但是这样足够利用dlopen来运行时调用function了。需要强调的是用extern “C”不是就不可以在function内写C++ 代码，依然可以调用class和class的function的。

Loading functions

java运行时异常？用dlsym，加载C＋＋函数就像加载C函数一样，你要加载的函数必须要用extern “C”来声明，避免name mangling。
Example 1: load a function

#include <iostream>
#include <dlfcn.h>
int main() {using std::cout;using std::cerr;cout << "C++ dlopen demo\n\n";// 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 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 calculationcout << "Calling hello...\n";hello();// close the librarycout << "Closing library...\n";dlclose(handle);
}

hello.cpp

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

load classes

加载类比加载函数还是有点困难的。

我们不能通过new instance来实例一个class在执行的时候，因为某些时候我们根本不知道要记载的类的名字，

怎么解决呐？我们可以通过多态性来解决。开始我们定义一个base interface，声明一些抽象方法，子类继承并实现这些方法。

所以现在我们需要定义两个helper 函数，用extern “c”声明，一个用来new一个class实例，返回class的指针，一个用来销毁这个指针。

可执行文件链接动态库、基于此，我们就可以用dlsym来调用这两个helper函数了。

Example 2: loading class
main.cpp

#include "polygon.hpp"
#include <iostream>
#include <dlfcn.h>
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 errors
    dlerror();// 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");  //若使用函数指针这里直接用destroy_t destroy_triangle。dlsym_error = dlerror();if (dlsym_error) {cerr << "Cannot load symbol destroy: " << dlsym_error << '\n';
return 1; }// create an instance of the classpolygon* poly = create_triangle();// use the classpoly−>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();                   //这里我喜欢定义成函数指针typedef polygon* (*create_t)(),这样后面就可以直接定义函数指针变量

typedef void destroy_t(polygon*); #endif　　　　//typedef void (*destroy_t)(polygon*) 同理

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;
}