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关于动态调用动态库方法说明
一、 动态库概述
1、 动态库的概念
日常编程中，常有一些函数不需要进行编译或者可以在多个文件中使用（如数据库输入/输 出操作或屏幕控制等标准任务函数）。可以事先对这些函数进行编译，然后将它们放置在一些特殊的目标代码文件中，这些目标代码文件就称为库。库文件中的函数 可以通过连接程序与应用程序进行链接，这样就不必在每次开发程序时都对这些通用的函数进行编译了。
动态库是一种在已经编译完毕的程序开始启动运行时，才被加载来调用其中函数的库。其加载方式与静态库截然不同。
2、 动态库的命名
Linux下，动态库通常以.so(shareobject)结尾。(通常/lib和/usr/lib等目录下存在大量系统提供的以.so结尾的动态库文件)
Windows下，动态库常以.dll结尾。(通常C:\windows\System32等目录下存在大量系统提供的以.dll结尾的动态库文件)
3、 动态库与静态库之间的区别
静态库是指编译连接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，所以生成的文件较大，但运行时，就不再需要库文件了。即，程序与静态库编译链接后，即使删除静态库文件，程序也可正常执行。
动态库正好相反，在编译链接时，没有把库文件的代码加入到可执行文件中，所以生成的文件较小，但运行时，仍需要加载库文件。即，程序只在执行启动时才加载动态库，如果删除动态库文件，程序将会因为无法读取动态库而产生异常。
二、 Linux下动态调用动态库
备注：以下linux实例说明都是在RedHat 5.1系统+ gcc版本 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-46)上实现。
1、 .so动态库的生成
可使用gcc或者g++编译器生成动态库文件(此处以g++编译器为例)
g++ -shared -fPIC -c XXX.cpp
g++ -shared -fPIC -o XXX.so XXX.o
2、 .so动态库的动态调用接口函数说明
动态库的调用关系可以在需要调用动态库的程序编译时，通过g++的-L和-l命令来指定。例如：程序test启动时需要加载目录/root/src/lib中的libtest_so1.so动态库，编译命令可照如下编写执行：
g++ -g -o test test.cpp –L/root/src/lib –ltest_so1
（此处，我们重点讲解动态库的动态调用的方法，关于静态的通过g++编译命令调用的方式不作详细讲解，具体相关内容可上网查询)
Linux下，提供专门的一组API用于完成打开动态库，查找符号，处理出错，关闭动态库等功能。
下面对这些接口函数逐一介绍（调用这些接口时，需引用头文件#include<dlfcn.h>)：
1) dlopen
函数原型：void *dlopen(const char *libname,int flag);
功能描述：dlopen必须在dlerror，dlsym和dlclose之前调用，表示要将库装载到内存，准备使用。如果要装载的库依赖于其它库，必须首先装载依赖库。如果dlopen操作失败，返回NULL值；如果库已经被装载过，则dlopen会返回同样的句柄。
参数中的libname一般是库的全路径，这样dlopen会直接装载该文件；如果只是指定了库名称，在dlopen会按照下面的机制去搜寻：
a.根据环境变量LD_LIBRARY_PATH查找
b.根据/etc/ld.so.cache查找
c.查找依次在/lib和/usr/lib目录查找。
flag参数表示处理未定义函数的方式，可以使用RTLD_LAZY或RTLD_NOW。RTLD_LAZY表示暂时不去处理未定义函数，先把库装载到内存，等用到没定义的函数再说；RTLD_NOW表示马上检查是否存在未定义的函数，若存在，则dlopen以失败告终。
2) dlerror
函数原型：char *dlerror(void);
功能描述：dlerror可以获得最近一次dlopen,dlsym或dlclose操作的错误信息，返回NULL表示无错误。dlerror在返回错误信息的同时，也会清除错误信息。
3) dlsym
函数原型：void *dlsym(void *handle,const char *symbol);
功能描述：在dlopen之后，库被装载到内存。dlsym可以获得指定函数(symbol)在内存中的位置(指针)。如果找不到指定函数，则dlsym会返回NULL值。但判断函数是否存在最好的方法是使用dlerror函数，
4) dlclose
函数原型：int dlclose(void *);
功能描述：将已经装载的库句柄减一，如果句柄减至零，则该库会被卸载。如果存在析构函数，则在dlclose之后，析构函数会被调用。
3、 普通函数的调用
此处以源码实例说明。各源码文件关系如下：
test_so1.h和test_so1.cpp生成test_so1.so动态库。
test_so2.h和test_so2.cpp生成test_so2.so动态库。
test_dl.cpp生成test_dl可执行程序，test_dl通过dlopen系列等API函数，并使用函数指针以到达动态调用不同so库中test函数的目的。
test_so1.h//
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
extern "C" {
int test(void);
}
ttest_so1.cpp//
#include "test_so1.h"
int test(void)
{
printf("USING TEST_SO1.SO NOW!\n");//注意此处与test_so2.cpp中的
//test函数的不同
return 1;
}
test_so2.h//
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
extern "C" {
int test(void);
}
ttest_so2.cpp//
#include "test_so2.h"
int test(void)
{
printf("USING TEST_SO2.SO NOW!\n");//注意此处与test_so1.cpp中的
//test函数的不同
return 1;
}
test_dl.cpp//
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>
int main(int argc, char **argv)
{
if(argc!=2)
{
printf("Argument Error! You must enter like this:\n");
printf("./test_dl test_so1.so\n");
exit(1);
}
void *handle;
char *error;
typedef void (*pf_t)(); //声明函数指针类型
handle = dlopen (argv[1],RTLD_NOW); //打开argv[1]指定的动态库
if (!handle)
{
fprintf (stderr, "%s\n", dlerror());
exit(1);
}
dlerror();
pf_tpf=(pf_t)dlsym(handle,"test"); //指针pf指向test在当前内存中的地址
if ((error = dlerror()) != NULL)
{
fprintf (stderr, "%s\n", error);
exit(1);
}
pf(); //通过指针pf的调用来调用动态库中的test函数
dlclose(handle); //关闭调用动态库句柄
return 0;
}
makefile//
.SUFFIXES: .c .cpp .o
CC=g++ -shared -fPIC
GCC=g++
all:test_so1.so test_so2.so test_dl clean
OBJ1=test_so1.o
OBJ2=test_so2.o
OBJ3=test_dl.o
test_so1.so:$(OBJ1)
$(CC) -o $@ $?
cp $@ /usr/lib
test_so2.so:$(OBJ2)
$(CC) -o $@ $?
cp $@ /usr/lib
test_dl:$(OBJ3)
$(GCC) -o $@ $? -ldl
.cpp.o:
$(CC) -c $*.cpp
.c.o:
$(CC)-c $*.c
clean:
rm -f *.o
上述源程序中，需重点注意两个问题：
1、test_dl.cpp中，对于动态库中的test函数调用是通过函数指针来完成的。
2、test_so1.h和test_so2.h中都使用了extern "C"。
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”。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。
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。
执行makefile正常编译后，可生成test_so1.so、test_so2.so动态库以及test_dl执行程序。可执行test_dl，显示结果如下：
[root@localhost so_src]# ./test_dl test_so1.so
USING TEST_SO1.SO NOW!
[root@localhost so_src]# ./test_dl test_so2.so
USING TEST_SO2.SO NOW!
[root@localhost so_src]# ./test_dl
Argument Error! You must enter like this:
./test_dl test_so1.so
备注：如果我们去掉test_so1.h和test_so2.h中的extern"C"，重新编译执行后将可能会出现什么情况？有兴趣的朋友可以试下：
[root@localhost so_src]# ./test_dl test_so1.so
/usr/lib/test_so1.so: undefined symbol: test
[root@localhost so_src]# ./test_dl test_so2.so
/usr/lib/test_so2.so: undefined symbol: test
4、 类的调用
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，因为类是在动态库中定义的而不是在可执行程序中定义的，况且有时候我们连动态库中具体的类的名字都不知道。
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类工厂函数（class factoryfunctions）（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。
实例如下：
test_base.hpp中定义一个含有纯虚函数virtual void display() const = 0的基类。
test_1.cpp中定义继承类test1，并实现虚函数virtual void display()const的定义，并实现一个创建类函数和一个销毁类指针函数。
test_2.cpp中定义继承类test2，并实现虚函数virtual void display()const的定义，并实现一个创建类函数和一个销毁类指针函数。
main.cpp中实现动态的调用不同库中的display()方法。
test_base.hpp//
#ifndef TEST_BASE_HPP
#define TEST_BASE_HPP
#include <iostream>
using namespace std;
class test_base {
public:
test_base(){}
virtual~test_base() {}
voidcall_base() {
cout << "call base"<< endl;
}
virtualvoid display() const = 0 ;
};
// the types of the class factories
typedef test_base* create_t();
typedef void destroy_t(test_base*);
#endif
test1.cpp//
#include "test_base.hpp"
class test1 : public test_base {
public:
virtualvoid display() const {
cout << "Running in test1.so Now"<< endl;
}
};
// the class factories
extern "C" test_base* create() {
returnnew test1;
}
extern "C" void destroy(test_base* p) {
deletep;
}
test1.cpp//
#include "test_base.hpp"
class test2 : public test_base {
public:
virtualvoid display() const {
cout << "Running in test2.so Now"<< endl;
}
};
// the class factories
extern "C" test_base* create() {
returnnew test2;
}
extern "C" void destroy(test_base* p) {
deletep;
}
main.cpp//
#include "test_base.hpp"
#include <iostream>
#include <dlfcn.h>
int main(int argc , char** argv) {
// loadthe test library
if(argc!=2)
{
cout << "Argument Error! You mustenter like this: " << '\n';
cout << "./a.out test_1.so "<< '\n';
return 1;
}
void*test_index = dlopen(argv[1], RTLD_NOW);
if(!test_index) {
cerr << "Cannot load library: "<< dlerror()<< '\n';
return 1;
}
// reseterrors
dlerror();
// loadthe symbols
create_t*create_test = (create_t*) dlsym(test_index, "create");
constchar* dlsym_error = dlerror();
if(dlsym_error) {
cerr << "Cannot load symbol create: "<< dlsym_error<< '\n';
return 1;
}
destroy_t* destroy_test = (destroy_t*) dlsym(test_index,"destroy");
dlsym_error = dlerror();
if(dlsym_error) {
cerr<< "Cannot load symbol destroy: "<< dlsym_error<< '\n';
return 1;
}
// createan instance of the class
test_base* c_test = create_test();
// usethe class
c_test->display();
destroy_test(c_test);
// unloadthe test library
dlclose(test_index);
}
makefile//
.SUFFIXES: .c .cpp .o
CC=g++ -g -shared -fPIC
GCC=g++ -g
all:clear test_1.so a.out test_2.so clean
OBJ1=test_1.o
OBJ2=main.o
OBJ3=test_2.o
clear:
rm -rf *.so a.out b.out
test_1.so:$(OBJ1)
$(CC) -o $@ $?
cp $@ /usr/lib
a.out:$(OBJ2)
$(GCC) -o $@ $? -ldl
test_2.so:$(OBJ3)
$(CC) -o $@ $?
cp $@ /usr/lib
.cpp.o:
$(CC) -c $*.cpp
.c.o:
$(CC) -c $*.c
clean:
rm -f *.o
执行makefile正常编译后，可生成test_1.so、test_2.so动态库以及a.out执行程序。可执行a.out，显示结果如下：
[root@localhost c++_so_src]# ./a.out test_1.so
Running in test1.so Now
[root@localhost c++_so_src]# ./a.out test_2.so
Running in test2.so Now
[root@localhost c++_so_src]# ./a.out
Argument Error! You must enter like this:
./a.out test_1.so
三、 Windows下动态调用动态库
备注：以下windows实例说明都是在Win7系统+visual studio2005上实现。
1、 .dll动态库的生成
使用visual studio2005工具，创建一个新项目，选择Win32——Win32控制台应用程序(此处需选择名称及位置)——应用程序类型：DLL+附加选项：空项目，完成以上步骤即可创建一个dll项目。
在项目中的头文件和源文件、资源文件中新增相应代码后，通过工具栏中Build(生成)即可生成相应dll文件。dll文件生成的位置通常在该项目位置中的debug目录下。
2、 .dll动态库的动态调用接口函数说明
1) LoadLibrary
函数原型：HMODUBLE WINAPI LoadLibrary(LPCTSTR lpFileName);
（其中HMODUBLE通常是被载入模块的线性地址类型；LPCTSTR =const tchar *。）
功能描述：表示要将库装载到内存，准备使用。如果要装载的库依赖于其它库，必须首先装载依赖库。如果LoadLibrary操作失败，返回NULL值；如果库已经被装载过，则LoadLibrary会返回同样的句柄。
参数中的lpFileName一般是库的全路径，这样LoadLibrary会直接装载该文件；如果只是指定了库名称，在LoadLibrary会在当前目录下查找。
2) GetProcAddress
函数原型：FARPROC WINAPI GetProcAddress (HMODUBLEhModule,LPCTSTR lpProcName);
（其中FARPROC 通常代表函数指针）
功能描述：表示已获取指向应用程序要调用的每个导出函数的函数指针。由于应用程序是通过指针调用 DLL的函数，编译器不生成外部引用，故无需与导入库链接。
参数中的hModule是由LoadLibrary加载库后返回的模块线性地址句柄；lpProcName是要调用的库函数名称。
3) GetProcAddress
函数原型： BOOL WINAPI FreeLibrary(HMODUBLE hModule)
功能描述：使用完 DLL 后调用FreeLibrary卸载动态库。卸载成功返回true，否则返回false。
3、 普通函数的调用
使用visual studio2005工具，创建一个新项目，选择Win32——Win32控制台应用程序(此处需选择名称及位置，假设该处名称为dll_load)—— 应用程序类型：控制台应用程序+附加选项：预编译头，完成以上步骤即可创建一个dll_load项目。
创建dll_load项目完毕后，修改项目的字符集属性，步骤如下：
项目——dll_load属性(最后一行就是)——配置属性——常规——字符集，设置 为“未设置”。项目默认创建的字符集为“使用UNICODE字符集”。（如果字符集设置为UNICODE字符集的话，调试程序时无法自动实现“char *”转换为“LPCWSTR”，需使用_T()或其它方法解决）
然后，在该dll_load项目中，继续添加dll1和dll2项目，添加步骤如下：
文件——添加——新建项目——Win32——Win32控制台应用程序(此处填写名称dll1，位置默认)——应用程序类型：DLL+附加选项：空项目。
完成以上步骤即可在当前dll_deal项目中增加dll1项目。dll2项目也可参照dll1项目的添加即可。
在dll_load、dll1和dll2项目中增加下图.h和.cpp源程序文件(其中dll_deal中的stdafx.h和stdafx.cpp为项目创建时默认生成，无需增加)。
各源程序文件代码如下：
dll1.h/dll1.cpp声明定义int test()方法，并生成dll1.dll动态库。
dll2.h/dll2.cpp声明定义int test()方法，并生成dll2.dll动态库。
dll_load.cpp中实现调用不同动态库的test()方法。
dll_deal.cpp//
// dll_load.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include<stdio.h>
#include<windows.h>
#include<winuser.h>
#include<tchar.h>
#include<stdlib.h>
typedef int(*lpFun)(); //定义函数指针类型
int main()
{
HINSTANCE hDll; //DLL句柄
lpFun testFun; //函数指针
char *dll_name=(char *)malloc(1024);
printf("Please choose the dll_name(dll1.dll or dll2.dll):\n");
scanf("%s",dll_name);
printf("\n");
hDll = LoadLibrary(dll_name);//加载DLL,需要将DLL放到工程目录下.
free(dll_name);
if (hDll != NULL)
{
printf("LOAD DLL success\n");
testFun = (lpFun)GetProcAddress(hDll, "test");
if (testFun != NULL)
{
testFun();
}
else
{
printf("the calling is error\n");
}
FreeLibrary(hDll);
}
else
{
printf("Load DLL Error or DLL not exist!\n");
}
return 0;
}
dll1.h//
#ifdef DLL1_API
#else
#define DLL1_API extern "C"_declspec(dllimport) //同.cpp文件中同步
#endif
DLL1_API int test(); //表明函数是从DLL导入，给客户端使用
dll1.cpp//
#include "dll1.h"
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
int test()
{
printf("RUNNING in dll1.dll NOW\n");
return 0;
}
dll2.h//
#ifdef DLL2_API
#else
#define DLL2_API extern "C"_declspec(dllimport) //同.cpp文件中同步
#endif
DLL2_API int test(); //表明函数是从DLL导入，给客户端使用
dll2.cpp//
#include "dll2.h"
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
int test()
{
printf("RUNNING in dll2.dll NOW\n");
return 0;
}
各源程序中代码填充完成之后，在dll1项目中完成dll1.dll的生成；在dll2项目中完成dll2.dll的生成；在dll_load项目中进行Debug，结果如下：
输入dll1.dll或者dll2.dll后，结果如下：
输入其它无效dll后，结果如下：
4、 类的调用
使用visual studio2005工具，创建一个新项目，选择Win32——Win32控制台应用程序(此处需选择名称及位置，假设该处名称为dll_deal)—— 应用程序类型：控制台应用程序+附加选项：预编译头，完成以上步骤即可创建一个dll_deal项目。
创建dll_deal项目完毕后，修改项目的字符集属性，步骤如下：
项目——dll_deal属性(最后一行就是)——配置属性——常规——字符集，设置 为“未设置”。项目默认创建的字符集为“使用UNICODE字符集”。（如果字符集设置为UNICODE字符集的话，调试程序时无法自动实现“char *”转换为“LPCWSTR”，需使用_T()或其它方法解决）
然后，在该dll_deal项目中，继续添加dll1和dll2项目，添加步骤如下：
文件——添加——新建项目——Win32——Win32控制台应用程序(此处填写名称dll1，位置默认)——应用程序类型：DLL+附加选项：空项目。
完成以上步骤即可在当前dll_deal项目中增加dll1项目。dll2项目也可参照dll1项目的添加即可。
在dll_deal、dll1和dll2项目中增加下图.h和.cpp源程序文件(其中dll_deal中的stdafx.h和stdafx.cpp为项目创建时默认生成，无需增加)。
各源程序文件代码如下：
dll_deal.h/dll1.h/dll2.h中定义相同的含有纯虚函数virtual void display() const =0的基类。
dll1.cpp中定义继承类test1，并实现虚函数virtual void display()const的定义，并实现一个创建类函数和一个销毁类指针函数。
dll2.cpp中定义继承类test2，并实现虚函数virtual void display()const的定义，并实现一个创建类函数和一个销毁类指针函数。
dll_deal.cpp中实现调用不同动态库的display()方法。
dll_deal.h//
#ifndef DLL_DEAL_H
#define DLL_DEAL_H
#include<iostream>
using namespace std;
class test_base {
public:
test_base(){}
virtual~test_base() {}
voidcall_base() {
cout << "call base"<< endl;
}
virtual voiddisplay() const = 0 ;
};
// the types of the class factories
typedef test_base* create_t();
typedef void destroy_t(test_base*);
#endif
dll_deal.cpp//
// dll_deal.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <string>
#include<iostream>
#include<windows.h>
#include<winuser.h>
#include "dll_deal.h"
int main()
{
HINSTANCE hDll; //DLL句柄
string dll_name;
cout << "Please choose thedll_name(dll1.dll or dll2.dll):" <<endl;
cin >> dll_name;
cout << endl;
hDll = LoadLibrary(dll_name.c_str());//加载DLL,需要将DLL放到工程目录下.
if (hDll != NULL)
{
cout << "LOAD DLL success!"<< endl;
// load the symbols
create_t* create_test = (create_t*)GetProcAddress(hDll,"create");
if (create_test == NULL)
{
cout << "Cannot load symbol create:" << endl;
return 1;
}
destroy_t* destroy_test = (destroy_t*)GetProcAddress(hDll,"destroy");
if (destroy_test == NULL)
{
cout << "Cannot load symbol destroy:" << endl;
return 1;
}
// create an instance of the class
test_base* c_test = create_test();
// use the class
c_test->display();
// destroy the class
destroy_test(c_test);
// unload the library
FreeLibrary(hDll);
}
else
{
cout << "Load DLL Error or DLL notexist!" <<endl;
}
return 0;
}
dll1.h//
#ifndef DLL1_H
#define DLL1_H
#include<iostream>
using namespace std;
class test_base {
public:
test_base(){}
virtual~test_base() {}
voidcall_base() {
cout << "call base"<< endl;
}
virtual voiddisplay() const = 0 ;
};
// the types of the class factories
typedef test_base* create_t();
typedef void destroy_t(test_base*);
#endif
dll1.cpp//
#include "dll1.h"
#include <cmath>
class test1 : public test_base {
public:
virtual voiddisplay() const {
cout << "Running in test1.so Now"<< endl;
}
};
// the class factories
extern "C" __declspec(dllexport) test_base* create() {
return newtest1;
}
extern "C" __declspec(dllexport) void destroy(test_base* p) {
deletep;
}
dll2.h//
#ifndef DLL2_H
#define DLL2_H
#include<iostream>
using namespace std;
class test_base {
public:
test_base(){}
virtual~test_base() {}
voidcall_base() {
cout << "call base"<< endl;
}
virtual voiddisplay() const = 0 ;
};
// the types of the class factories
typedef test_base* create_t();
typedef void destroy_t(test_base*);
#endif
dll2.cpp//
#include "dll2.h"
#include <cmath>
class test2 : public test_base {
public:
virtual voiddisplay() const {
cout << "Running in test2.so Now"<< endl;
}
};
// the class factories
extern "C" __declspec(dllexport) test_base* create() {
return newtest2;
}
extern "C" __declspec(dllexport) void destroy(test_base* p) {
deletep;
}
各源程序中代码填充完成之后，在dll1项目中完成dll1.dll的生成；在dll2项目中完成dll2.dll的生成；在dll_deal项目中进行Debug，结果如下：
输入dll1.dll或者dll2.dll后，结果如下：
输入其它无效dll后，结果如下：
