LINUX系統中動態連結庫的建立與使用(轉)

LINUX系統中動態連結庫的建立與使用(轉)[@more@]

大家都知道，在WINDOWS系統中有很多的動態連結庫(以.DLL為字尾的檔案，DLL即Dynamic Link Library)。這種動態連結庫，和靜態函式庫不同，它裡面的函式並不是執行程式本身的一部分，而是根據執行程式需要按需裝入，同時其執行程式碼可在多個執行程式間共享，節省了空間，提高了效率，具備很高的靈活性，得到越來越多程式設計師和使用者的青睞。那麼，在LINUX系統中有無這樣的函式庫呢？

答案是肯定的，LINUX的動態連結庫不僅有，而且為數不少。在/lib目錄下，就有許多以.so作字尾的檔案，這就是LINUX系統應用的動態連結庫，只不過與WINDOWS叫法不同，它叫so，即Shared Object，共享物件。(在LINUX下，靜態函式庫是以.a作字尾的) X-WINDOW作為LINUX下的標準圖形視窗介面，它本身就採用了很多的動態連結庫(在/usr/X11R6/lib目錄下)，以方便程式間的共享，節省佔用空間。著名的APACHE網頁伺服器，也採用了動態連結庫，以便擴充程式功能。你只需將PHP動態連結庫拷到其共享目錄，修改一下配置， APACHE就可以支援PHP網頁了。如果你願意，可以自己編寫動態連結庫，讓APACHE支援你自己定義的網頁格式。這就是動態連結的好處。

1、LINUX下動態連結庫的建立

在LINUX系統下，建立動態連結庫是件再簡單不過的事情。只要在編譯函式庫源程式時加上-shared選項即可，這樣所生成的執行程式即為動態連結庫。從某種意義上來說，動態連結庫也是一種執行程式。按一般規則，程式名應帶.so字尾。下面舉個例子說說。

我準備編寫兩個函式，一個用於查詢當前日期getdate，一個用於查詢當前時間gettime，並將這兩個函式存於動態連結庫my.so中。為此，需要做以下幾項工作。

1.1 編寫使用者介面檔案datetime.h，內容如下(每行前面的數字為行號)：

----------------------------------------------------------------------

1 /* datetime.h : 縱橫軟體製作中心雨亦奇編寫, 2001-06-28. */

2

3 #ifndef __DATETIME_H

4

5 #define __DATETIME_H

6

7 /* 日期結構 */

8 typedef struct

9 {

10 int year;

11 int mon;

12 int day;

13 }DATETYPE;

14

15 /* 時間結構 */

16 typedef struct

17 {

18 char hour;

19 char min;

20 char sec;

21 }TIMETYPE;

22

23 /* 函式原型說明 */

24

25 #ifdef SHARED

26 int (*getdate)(DATETYPE *d);

27 #else

28 int getdate(DATETYPE *d);

29 #endif

30

31 #ifdef SHARED

32 int (*gettime)(TIMETYPE *t);

33 #else

34 int gettime(TIMETYPE *t);

35 #endif

36

37 #endif

38

----------------------------------------------------------------------

這個使用者介面檔案中，先定義了日期與時間結構，接著定義一下函式的原型。動態函式與靜態函式的原型說明不同的是，動態函式應使用(*函式名)的形式，以便引用其指標。若要引用檔案中的動態函式說明，使用者應該定義一下SHARED宏，這樣才能使用。

1.2 編寫getdate.c，源程式如下：

----------------------------------------------------------------------

1 /* getdate.c : 縱橫軟體製作中心雨亦奇編寫, 2001-06-28. */

2

3 #include "time.h"

4 #include "datetime.h"

5

6 int getdate(DATETYPE *d)

7 {

8 long ti;

9 struct tm *tm;

10

11 time(&ti);

12 tm=localtime(&ti);

13 d->year=tm->tm_year+1900;

14 d->mon=tm->tm_mon+1;

15 d->day=tm->tm_mday;

16 }

17

----------------------------------------------------------------------

在getdate函式中，先呼叫time取得以秒計的系統時間，再用localtime函式轉換一下時間結構，最後調整得到正確的日期。

1.3 編寫gettime.c，源程式如下：

----------------------------------------------------------------------

1 /* gettime.c : 縱橫軟體製作中心雨亦奇編寫, 2001-06-28. */

2

3 #include "time.h"

4 #include "datetime.h"

5

6 int gettime(TIMETYPE *t)

7 {

8 long ti;

9 struct tm *tm;

10

11 time(&ti);

12 tm=localtime(&ti);

13 t->hour=tm->tm_hour;

14 t->min=tm->tm_min;

15 t->sec=tm->tm_sec;

16 }

17

----------------------------------------------------------------------

gettime函式與getdate函式相仿，先用time函式取得以秒計的系統時間，再用localtime函式轉換一下時間結構，最後返回當前的時間(不需調整)。

1.4 編寫維護檔案makefile-lib，內容如下：

----------------------------------------------------------------------

1 # makefile-lib : 縱橫軟體製作中心雨亦奇編寫, 2001-06-28.

2

3 all : my.so

4

5 SRC = getdate.c gettime.c

6

7 TGT = $(SRC:.c=.o)

8

9 $(SRC) : datetime.h

10 @touch $@

11

12 %.o : %.c

13 cc -c $?

14

15 # 動態函式庫(my.so)生成

16 my.so : $(TGT)

17 cc -shared -o $@ $(TGT)

18

----------------------------------------------------------------------

編寫維護檔案的目的，在於方便程式設計師維護程式，尤其是維護比較大的工程專案。一個素質良好的程式設計師應該學會熟練地編寫維護檔案makefile。定義了檔案間的依賴關係後，一旦原始檔發生變化，僅需make一下，其目標檔案維護程式碼會自動執行，從而自動更新目標檔案，減少了許多工作量。注意: 每行維護程式碼必須以TAB(跳格鍵)開始，不是的話make時將出錯。

本維護檔案第1行是註釋行，以#號開頭；檔案第3行定義所有需要維護的函式庫；第5行定義相關源程式檔案；第7行定義目標檔案；第9-10行說明所有源程式依賴於datetime.h標頭檔案，並有相應維護程式碼，即touch一下，更新一下原始檔的時間；第12-13行定義.o檔案依賴於相應的.c檔案，並指定了維護程式碼，即用cc編譯一下；第16-17行定義共享庫my.so依賴的目標檔案，維護程式碼中用-shared編譯選項，以生成動態連結庫 my.so。

1.5 執行make -f makefile-lib 命令

make執行後，動態連結庫my.so就產生了，我們就可以在程式中呼叫了。如果想讓系統所有使用者都可以使用，則應以root使用者登入系統，將這個庫複製到/lib目錄下(命令：cp my.so /lib)，或者在/lib目錄下建個符號連線即可(命令：ln -s `pwd`/my.so /lib)。

2、LINUX下動態連結庫的使用

2.1 重要的dlfcn.h標頭檔案

LINUX下使用動態連結庫，源程式需要包含dlfcn.h標頭檔案，此檔案定義了呼叫動態連結庫的函式的原型。下面詳細說明一下這些函式。

2.1.1 dlerror

原型為: const char *dlerror(void);

當動態連結庫操作函式執行失敗時，dlerror可以返回出錯資訊，返回值為NULL時表示操作函式執行成功。

2.1.2 dlopen

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

dlopen用於開啟指定名字(filename)的動態連結庫，並返回操作控制程式碼。

filename: 如果名字不以/開頭，則非絕對路徑名，將按下列先後順序查詢該檔案。

(1) 使用者環境變數中的LD_LIBRARY值；

(2) 動態連結緩衝檔案/etc/ld.so.cache

(3) 目錄/lib，/usr/lib

flag表示在什麼時候解決未定義的符號(呼叫)。取值有兩個:

1) RTLD_LAZY : 表明在動態連結庫的函式程式碼執行時解決。

2) RTLD_NOW : 表明在dlopen返回前就解決所有未定義的符號，一旦未解決，dlopen將返回錯誤。

dlopen呼叫失敗時，將返回NULL值，否則返回的是操作控制程式碼。

2.1.3 dlsym : 取函式執行地址

原型為: void *dlsym(void *handle, char *symbol);

dlsym根據動態連結庫操作控制程式碼(handle)與符號(symbol)，返回符號對應的函式的執行程式碼地址。由此地址，可以帶引數執行相應的函式。

如程式程式碼: void (*add)(int x,int y); /* 說明一下要呼叫的動態函式add */

add=dlsym("xxx.so","add"); /* 開啟xxx.so共享庫,取add函式地址 */

add(89,369); /* 帶兩個引數89和369呼叫add函式 */

2.1.4 dlclose : 關閉動態連結庫

原型為: int dlclose (void *handle);

dlclose用於關閉指定控制程式碼的動態連結庫，只有當此動態連結庫的使用計數為0時,才會真正被系統解除安裝。

2.2 在程式中使用動態連結庫函式

2.2.1 程式範例

下面的程式裝載了動態連結庫my.so，並用getdate,gettime取得當前日期與時間後輸出。

----------------------------------------------------------------------

1 /************************************/

2 /* 檔名稱: dy.c */

3 /* 功能描述: 動態連結庫應用示範程式 */

4 /* 程式編寫: 縱橫軟體製作中心雨亦奇 */

5 /* 編寫時間: 2001-06-28 */

6 /************************************/

7

8 #include "stdio.h" /* 包含標準輸入輸出檔案 */

9

10 #include "dlfcn.h" /* 包含動態連結功能介面檔案 */

11 #define SOFILE "./my.so" /* 指定動態連結庫名稱 */

12

13 #define SHARED /* 定義宏,確認共享,以便引用動態函式 */

14 #include "datetime.h" /* 包含使用者介面檔案 */

15

16 main()

17 {

18 DATETYPE d;

19 TIMETYPE t;

20 void *dp;

21 char *error;

22

23 puts("動態連結庫應用示範");

24

25 dp=dlopen(SOFILE,RTLD_LAZY); /* 開啟動態連結庫 */

26

27 if (dp==NULL) /* 若開啟失敗則退出 */

28 {

29 fputs(dlerror(),stderr);

30 exit(1);

31 }

32

33 getdate=dlsym(dp,"getdate"); /* 定位取日期函式 */

34

35 error=dlerror(); /* 檢測錯誤 */

36 if (error) /* 若出錯則退出 */

37 {

38 fputs(error,stderr);

39 exit(1);

40 }

41

42 getdate(&d); /* 呼叫此共享函式 */

43 printf("當前日期: %04d-%02d-%02d ",d.year,d.mon,d.day);

44

45 gettime=dlsym(dp,"gettime"); /* 定位取時間函式 */

46

47 error=dlerror(); /* 檢測錯誤 */

48 if (error) /* 若出錯則退出 */

49 {

50 fputs(error,stderr);

51 exit(1);

52 }

53

54 gettime(&t); /* 呼叫此共享函式 */

55 printf("當前時間: %02d:%02d:%02d ",t.hour,t.min,t.sec);

56

57 dlclose(dp); /* 關閉共享庫 */

58

59 exit(0); /* 成功返回 */

60

61 }

----------------------------------------------------------------------

程式說明:

第8行: 包含標準輸入輸出標頭檔案,因為程式中使用了printf,puts,fputs等標準輸入輸出函式,需要讓編譯器根據標頭檔案中函式的原型,檢查一下語法;

第10-11行: 包含動態連結庫功能標頭檔案,並定義動態連結庫名稱;

第13-14行: 定義宏SHARED以便引用14行的標頭檔案datetime.h中的動態函式說明;

第25行: 用dlopen開啟SOFILE共享庫,返回控制程式碼dp;

第27-31行: 檢測dp是否為空,為空則顯示錯誤後退出;

第33行: 用dlsym取得getdate函式動態地址;

第35-40行: 如果dlerror返回值不為空,則dlsym執行出錯,程式顯示錯誤後退出;

第42-43行: 執行getdate呼叫,輸出當前日期;

第45行: 用dlsym取得gettime函式動態地址;

第47-52行: 如果dlerror返回值不為空,則dlsym執行出錯,程式顯示錯誤後退出;

第54-55行: 執行gettime呼叫,輸出當前時間;

第57行: 用dlclose關閉dp所指示的動態連結庫;

第59行: 程式退出,返回0值。

2.2.2 編寫維護檔案

維護檔案makefile內容如下:

----------------------------------------------------------------------

1 # makefile : 縱橫軟體製作中心雨亦奇編寫, 2001-06-28.

2

3 all : dy

4

5 DYSRC = dy.c

6

7 DYTGT = $(DYSRC:.c=.o)

8

9 %.o : %.c

10 cc -c $?

11

12 # 動態庫應用示範程式

13 dy : $(DYTGT)

14 cc -rdynamic -s -o $@ $(DYTGT) -ldl

15

----------------------------------------------------------------------

維護檔案說明:

第3行: 定義所有需要維護的模組;

第5行: 定義源程式;

第7行: 定義目標檔案;

第9-10行: 定義.o檔案依賴於.c檔案,維護程式碼為“cc -c 變動的原始檔名”;

第13-14行: 定義dy依賴於變數DYTGT指示的值,維護程式碼中採用-rdynamic選項以指定輸出檔案為動態連結的方式，選項-s指定刪除目標檔案中的符號表,最後的選項-ldl則指示裝配程式ld需要裝載dl函式庫。

2.2.3 執行make命令

執行make後將產生執行檔案dy，執行後將產生如下類似資訊：

動態連結庫應用示範

當前日期: 2001-06-28

當前時間: 10:06:21

當刪除my.so檔案時,將出現以下資訊:

動態連結庫應用示範

my.so: cannot open shared object file: 檔案或目錄不存在

3、小結

LINUX建立與使用動態連結庫並不是一件難事。

編譯函式源程式時選用-shared選項即可建立動態連結庫，注意應以.so字尾命名，最好放到公用庫目錄(如/lib,/usr/lib等)下面，並要寫好使用者介面檔案，以便其它使用者共享。

使用動態連結庫，源程式中要包含dlfcn.h標頭檔案，寫程式時注意dlopen等函式的正確呼叫，編譯時要採用-rdynamic選項與-ldl選項，以產生可呼叫動態連結庫的執行程式碼。