LINUX系統中動態鏈接庫的創建與使用
大家都知道,在WINDOWS系統中有很多的動態鏈接庫(以.DLL為后綴的文件,DLL即Dynamic Link Library)。這種動態鏈接庫,和靜態函數庫不同,它里面的函數并不是執行程序本身的一部分,而是根據執行程序需要按需裝入,同時其執行代碼可在多個執行程序間共享,節省了空間,提高了效率,具備很高的靈活性,得到越來越多程序員和用戶的青睞。那么,在LINUX系統中有無這樣的函數庫呢?
答案是肯定的,LINUX的動態鏈接庫不僅有,而且為數不少。在/lib目錄下,就有許多以.so作后綴的文件,這就是LINUX系統應用的動態鏈接庫,只不過與WINDOWS叫法不同,它叫so,即Shared Object,共享對象。(在LINUX下,靜態函數庫是以.a作后綴的) X-WINDOW作為LINUX下的標準圖形窗口界面,它本身就采用了很多的動態鏈接庫(在/usr/X11R6/lib目錄下),以方便程序間的共享,節省占用空間。著名的APACHE網頁服務器,也采用了動態鏈接庫,以便擴充程序功能。你只需將PHP動態鏈接庫拷到其共享目錄,修改一下配置,APACHE就可以支持PHP網頁了。如果你愿意,可以自己編寫動態鏈接庫,讓APACHE支持你自己定義的網頁格式。這就是動態鏈接的好處。
1、LINUX下動態鏈接庫的創建
在LINUX系統下,創建動態鏈接庫是件再簡單不過的事情。只要在編譯函數庫源程序時加上-shared選項即可,這樣所生成的執行程序即為動態鏈接庫。從某種意義上來說,動態鏈接庫也是一種執行程序。按一般規則,程序名應帶.so后綴。下面舉個例子說說。我準備編寫兩個函數,一個用于查詢當前日期getdate,一個用于查詢當前時間gettime,并將這兩個函數存于動態鏈接庫my.so中。為此,需要做以下幾項工作。
1.1 編寫用戶接口文件datetime.h,內容如下(每行前面的數字為行號):
- /* datetime.h :*/
- #ifndef __DATETIME_H
- #define __DATETIME_H
- /* 日期結構 */
- typedef struct
- {
- int year;
- int mon;
- int day;
- }DATETYPE;
- /* 時間結構 */
- typedef struct
- {
- char hour;
- char min;
- char sec;
- } TIMETYPE;
- /* 函數原型說明 */
- #ifdef SHARED
- int (*getdate)(DATETYPE *d);
- #else
- int getdate(DATETYPE *d);
- #endif
- #ifdef SHARED
- int (*gettime)(TIMETYPE *t);
- #else
- int gettime(TIMETYPE *t);
- #endif
- #endif
這個用戶接口文件中,先定義了日期與時間結構,接著定義一下函數的原型。動態函數與靜態函數的原型說明不同的是,動態函數應使用(*函數名)的形式,以便引用其指針。若要引用文件中的動態函數說明,用戶應該定義一下SHARED宏,這樣才能使用。
1.2 編寫getdate.c,源程序如下:
- /* getdate.c : */
- #include "time.h"
- #include "datetime.h"
- int getdate(DATETYPE *d)
- {
- long ti;
- struct tm *tm;
- time(&ti);
- tm=localtime(&ti);
- d->year=tm->tm_year+1900;
- d->mon=tm->tm_mon+1;
- d->day=tm->tm_mday;
- }
在getdate函數中,先調用time取得以秒計的系統時間,再用localtime函數轉換一下時間結構,最后調整得到正確的日期。
1.3 編寫gettime.c,源程序如下:
- /* gettime.c : */
- #include "time.h"
- #include "datetime.h"
- int gettime(TIMETYPE *t)
- {
- long ti;
- struct tm *tm;
- time(&ti);
- tm=localtime(&ti);
- t->hour=tm->tm_hour;
- t->min=tm->tm_min;
- t->sec=tm->tm_sec;
- }
gettime函數與getdate函數相仿,先用time函數取得以秒計的系統時間,再
用localtime函數轉換一下時間結構,最后返回當前的時間(不需調整)。
1.4 編寫維護文件makefile-lib,內容如下:
- # makefile-lib : .
- all : my.so
- SRC = getdate.c gettime.c
- TGT = $(SRC:.c=.o)
- $(SRC) : datetime.h
- @touch $@
- %.o : %.c
- cc -c $?
- # 動態函數庫(my.so)生成
- my.so : $(TGT)
- cc -shared -o $@ $(TGT)
編寫維護文件的目的,在于方便程序員維護程序,尤其是維護比較大的工
程項目。一個素質良好的程序員應該學會熟練地編寫維護文件makefile。定
義了文件間的依賴關系后,一旦源文件發生變化,僅需make一下,其目標
文件維護代碼會自動執行,從而自動更新目標文件,減少了許多工作量。
注意: 每行維護代碼必須以TAB(跳格鍵)開始,不是的話make時將出錯。
本維護文件第1行是注釋行,以#號開頭;文件第3行定義所有需要維護的
函數庫;第5行定義相關源程序文件;第7行定義目標文件;第9-10行說明
所有源程序依賴于datetime.h頭文件,并有相應維護代碼,即touch一下,
更新一下源文件的時間;第12-13行定義.o文件依賴于相應的.c文件,并指
定了維護代碼,即用cc編譯一下;第16-17行定義共享庫my.so依賴的目標
文件,維護代碼中用-shared編譯選項,以生成動態鏈接庫my.so。
1.5 運行make -f makefile-lib 命令
make運行后,動態鏈接庫my.so就產生了,我們就可以在程序中調用了。
如果想讓系統所有用戶都可以使用,則應以root用戶登錄系統,將這個庫
拷貝到/lib目錄下(命令:cp my.so /lib),或者在/lib目錄下建個符號連接即可
(命令:ln -s `pwd`/my.so /lib)。
2、LINUX下動態鏈接庫的使用
2.1 重要的dlfcn.h頭文件
LINUX下使用動態鏈接庫,源程序需要包含dlfcn.h頭文件,此文件定義了調
用動態鏈接庫的函數的原型。下面詳細說明一下這些函數。
2.1.1 dlerror
原型為: const char *dlerror(void);
當動態鏈接庫操作函數執行失敗時,dlerror可以返回出錯信息,返回值為
NULL時表示操作函數執行成功。
2.1.2 dlopen
原型為: void *dlopen (const char *filename, int flag);
dlopen用于打開指定名字(filename)的動態鏈接庫,并返回操作句柄。
filename: 如果名字不以/開頭,則非絕對路徑名,將按下列先后順序查找該
文件。
(1) 用戶環境變量中的LD_LIBRARY值;
(2) 動態鏈接緩沖文件/etc/ld.so.cache
(3) 目錄/lib,/usr/lib
flag表示在什么時候解決未定義的符號(調用)。取值有兩個:
1) RTLD_LAZY : 表明在動態鏈接庫的函數代碼執行時解決。
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調用失敗時,將返回NULL值,否則返回的是操作句柄。
2.1.3 dlsym : 取函數執行地址
原型為: void *dlsym(void *handle, char *symbol);
dlsym根據動態鏈接庫操作句柄(handle)與符號(symbol),返回符號對應的函
數的執行代碼地址。由此地址,可以帶參數執行相應的函數。
如程序代碼: void (*add)(int x,int y); /* 說明一下要調用的動態函數add */
add=dlsym("xxx.so","add"); /* 打開xxx.so共享庫,取add函數地址 */
add(89,369); /* 帶兩個參數89和369調用add函數 */
2.1.4 dlclose : 關閉動態鏈接庫
原型為: int dlclose (void *handle);
dlclose用于關閉指定句柄的動態鏈接庫,只有當此動態鏈接庫的使用計數
為0時,才會真正被系統卸載。
2.2 在程序中使用動態鏈接庫函數
2.2.1 程序范例
下面的程序裝載了動態鏈接庫my.so,并用getdate,gettime取得當前日期與
時間后輸出。
- #include "stdio.h" /* 包含標準輸入輸出文件 */
- #include "dlfcn.h" /* 包含動態鏈接功能接口文件 */
- #define SOFILE "./my.so" /* 指定動態鏈接庫名稱 */
- #define SHARED /* 定義宏,確認共享,以便引用動態函數 */
- #include "datetime.h" /* 包含用戶接口文件 */
- main()
- {
- DATETYPE d;
- TIMETYPE t;
- void *dp;
- char *error;
- puts("動態鏈接庫應用示范");
- dp=dlopen(SOFILE,RTLD_LAZY); /* 打開動態鏈接庫 */
- if (dp==NULL) /* 若打開失敗則退出 */
- {
- fputs(dlerror(),stderr);
- exit(1);
- }
- getdate=dlsym(dp,"getdate"); /* 定位取日期函數 */
- error=dlerror(); /* 檢測錯誤 */
- if (error) /* 若出錯則退出 */
- {
- fputs(error,stderr);
- exit(1);
- }
- getdate(&d); /* 調用此共享函數 */
- printf("當前日期: %04d-%02d-%02d\n",d.year,d.mon,d.day);
- gettime=dlsym(dp,"gettime"); /* 定位取時間函數 */
- error=dlerror(); /* 檢測錯誤 */
- if (error) /* 若出錯則退出 */
- {
- fputs(error,stderr);
- exit(1);
- }
- gettime(&t); /* 調用此共享函數 */
- printf("當前時間: %02d:%02d:%02d\n",t.hour,t.min,t.sec);
- dlclose(dp); /* 關閉共享庫 */
- exit(0); /* 成功返回 */
- }
程序說明:
第8行: 包含標準輸入輸出頭文件,因為程序中使用了printf,puts,fputs等標準輸入輸出函數,需要讓編譯器根據頭文件中函數的原型,檢查一下語法;
第10-11行: 包含動態鏈接庫功能頭文件,并定義動態鏈接庫名稱;
第13-14行: 定義宏SHARED以便引用14行的頭文件datetime.h中的動態函數說明;
第25行: 用dlopen打開SOFILE共享庫,返回句柄dp;
第27-31行: 檢測dp是否為空,為空則顯示錯誤后退出;
第33行: 用dlsym取得getdate函數動態地址;
第35-40行: 如果dlerror返回值不為空,則dlsym執行出錯,程序顯示錯誤后退出;
第42-43行: 執行getdate調用,輸出當前日期;
第45行: 用dlsym取得gettime函數動態地址;
第47-52行: 如果dlerror返回值不為空,則dlsym執行出錯,程序顯示錯誤后退出;
第54-55行: 執行gettime調用,輸出當前時間;
第57行: 用dlclose關閉dp所指示的動態鏈接庫;
第59行: 程序退出,返回0值。
2.2.2 編寫維護文件
維護文件makefile內容如下:
- # makefile : 縱橫軟件制作中心雨亦奇編寫, 2001-06-28.
- all : dy
- DYSRC = dy.c
- DYTGT = $(DYSRC:.c=.o)
- %.o : %.c
- cc -c $?
- # 動態庫應用示范程序
- dy : $(DYTGT)
- cc -rdynamic -s -o $@ $(DYTGT) -ldl
維護文件說明:
第3行: 定義所有需要維護的模塊;
第5行: 定義源程序;
第7行: 定義目標文件;
第9-10行: 定義.o文件依賴于.c文件,維護代碼為“cc -c 變動的源文件名”;
第13-14行: 定義dy依賴于變量DYTGT指示的值,維護代碼中采用-rdynamic選項以指定輸出文件為動態鏈接的方式,選項-s指定刪除目標文件中的符號表,最后的選項-ldl則指示裝配程序ld需要裝載dl函數庫。
2.2.3 運行make命令
運行make后將產生執行文件dy,運行后將產生如下類似信息:
動態鏈接庫應用示范
當前日期: 2001-06-28
當前時間: 10:06:21
當刪除my.so文件時,將出現以下信息:
動態鏈接庫應用示范
my.so: cannot open shared object file: 文件或目錄不存在
3、小結
LINUX創建與使用動態鏈接庫并不是一件難事。編譯函數源程序時選用-shared選項即可創建動態鏈接庫,注意應以.so后綴命名,最好放到公用庫目錄(如/lib,/usr/lib等)下面,并要寫好用戶接口文件,以便其它用戶共享。使用動態鏈接庫,源程序中要包含dlfcn.h頭文件,寫程序時注意dlopen等函數的正確調用,編譯時要采用-rdynamic選項與-ldl選項,以產生可調用動態鏈接庫的執行代碼。