C/C++动态链接库的显式调用(动态调用)

《动态链接库的创建和使用》一节给读者详细介绍了如何创建一个动态链接库,以及如何使用它完成程序的链接和运行。但需要指明的是,这只是动态链接库的其中一种用法,本节将讲解它的另外一种用法。

总的来讲,动态链接库的调用方式有 2 种,分别是:

  • 隐式调用(静态调用):将动态链接库和其它源程序文件(或者目标文件)一起参与链接;
  • 显式调用(动态调用):手动调用动态链接库中包含的资源,同时用完后要手动将资源释放。

显式调用动态链接库的过程,类似于使用 malloc() 和 free()(C++ 中使用 new 和 delete)管理动态内存空间,需要时就申请,不需要时就将占用的资源释放。由此可见,显式调用动态链接库对内存的使用更加合理。

显式调用动态链接库,更常应用于一些大型项目中。

那么,C/C++ 程序中如何实现显式地调用动态链接库呢?接下来就给大家做详细地讲解。

和隐式调用动态链接库不同,在 C/C++ 程序中显示调用动态链接库时,无需引入和动态链接库相关的头文件。但与此同时,程序中需要引入另一个头文件,即 <dlfcn.h> 头文件,因为要显式调用动态链接库,需要使用该头文件提供的一些函数。

#include <dlfcn.h>

该头文件中,以下几个函数是显式调用动态链接库时常用的:

1) 类似于读写文件前必须先打开文件,要想显示调用某个动态链接库提供的资源,首先要做的就是打开该库文件。

打开库文件,其本质就是将库文件装载到内存中,为后续使用做准备。

打开动态库文件,需要借助 dlopen() 函数,其语法格式为:

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

其中,filename 参数用于表明目标库文件的存储位置和库名;flag 参数的值有 2 种:

  1. RTLD_NOW:将库文件中所有的资源都载入内存;
  2. RTLD_LAZY:暂时不降库文件中的资源载入内存,使用时才载入。

值得一提的是,对于 filename 参数,如果用户提供的是以 / 开头,即以绝对路径表示的文件名,则函数会前往该路径下查找库文件;反之,如果用户仅提供文件名,则该函数会依次前往 LD_LIBRARY_PATH 环境变量指定的目录、/etc/ld.so.cache 文件中指定的目录、/usr/lib、/usr/lib64、/lib、/lib64 等默认搜索路径中查找。

2) 借助 dlsym() 函数可以获得指定函数在内存中的位置,其语法格式为:

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

其中,hanle 参数表示指向已打开库文件的指针;symbol 参数用于指定目标函数的函数名。

如果 dlsym() 函数成功找到指定函数,会返回一个指向该函数的指针;反之如果查找失败,函数会返回 NULL。

 

3) 和 dlopen() 相对地,借助 dlclose() 函数可以关闭已打开的动态链接库。该函数的语法格式如下:

int dlclose (void *handle);

其中,handle 表示已打开的库文件指针。当函数返回 0 时,表示函数操作成功;反之,函数执行失败。

注意,调用 dlclose() 函数并不一定会将目标库彻底释放,它只会是目标库的引用计数减 1,当引用计数减为 0 时,库文件所占用的资源才会被彻底释放。

4) 借助 dlerror() 函数,我们可以获得最近一次 dlopen()、dlsym() 或者 dlclose() 函数操作失败的错误信息。该函数的语法格式如下:

const char *dlerror(void);

可以看到,该函数不需要传递任何参数。同时,如果函数返回 NULL,则表明最近一次操作执行成功。

下面通过一个 C 语言项目实例,给大家演示显式调用动态链接库的具体实现过程。这里仍引用前面章节中创建的 demo 项目,其项目结构如下:

 demo项目
   ├─ headers
   │     └─ test.h
   └─ sources
          ├─ add.c
          ├─ sub.c
          ├─ div.c
          └─ main.c

项目中各个文件包含的代码如下:

[root@bogon demo]# cat test.h
#ifndef __TEST_H_
#define __TEST_H_

int add(int a,int b);
int sub(int a,int b);
int div(int a,int b);

#endif
[root@bogon demo]# cat add.c
#include "test.h"
int add(int a,int b)
{
    return a + b;
}
[root@bogon demo]# cat sub.c
#include "test.h"
int sub(int a,int b)
{
    return a - b;
}
[root@bogon demo]# cat div.c
#include "test.h"
int div(int a,int b)
{
    return a / b;
}

以上这些文件中的代码,和之前一样,没有任何变化。对于 add.c、sub.c 和 div.c 这 3 个源文件,我们可以将它们打包生成一个动态链接库:

[root@bogon demo]# gcc -fpic -shared add.c sub.c div.c -o libmymath.so
[root@bogon demo]# ls
add.c  div.c  libmymath.so  main.c  sub.c  test.h

接下来重点分析 main.c 主程序文件的代码:

[root@bogon demo]# cat main.c
#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>
int main()
{
    int m,n;
    //打开库文件
    void* handler = dlopen("libmymath.so",RTLD_LAZY);
    if(dlerror() != NULL){
        printf("%s",dlerror());
    }
   
    //获取库文件中的 add() 函数
    int(*add)(int,int)=dlsym(handler,"add");
    if(dlerror()!=NULL){
        printf("%s",dlerror());
    }
  
    //获取库文件中的 sub() 函数
    int(*sub)(int,int)=dlsym(handler,"sub");
    if(dlerror()!=NULL){
        printf("%s",dlerror());
    }

    //获取库文件中的 div() 函数
    int(*div)(int,int)=dlsym(handler,"div");
    if(dlerror()!=NULL){
        printf("%s",dlerror());
    }
    //使用库文件中的函数实现相关功能
    printf("Input two numbers: ");
    scanf("%d %d", &m, &n);
    printf("%d+%d=%d\n", m, n, add(m, n));
    printf("%d-%d=%d\n", m, n, sub(m, n));
    printf("%d÷%d=%d\n", m, n, div(m, n));
    //关闭库文件
    dlclose(handler); 
    return 0;
}

首先,该程序中并没有引入 test.h 头文件,因为对于显式调用动态链接库来说,并不需要引入它。与此同时,在使用库文件中的相关函数之前,我们需要先调用 dlopen() 函数打开库文件,然后才能通过 dlsym() 函数找到相关的函数。另外,最后不要忘记调用 dlclose() 函数关闭库文件。

通过执行如下指令,即可生成相应的可执行文件:

[root@bogon demo]# gcc main.c -ldl -o main.exe
[root@bogon demo]# ls
add.c  div.c  libmymath.so  main.c  main.exe  sub.c  test.h

注意,这里需要添加 -ldl 选项(该可执行程序需要 libdl.so 动态库的支持)。运行 main.exe,其执行结果为:

[root@bogon demo]# ./main.exe
Input two numbers: 10 2
10+2=12
10-2=8
10÷2=5

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