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如何在在动态链接库中调用外部函数?

大家好,我是一个动态链接库!这个名字,相信你一定早就如雷贯耳了。在计算机早期时代,由于内存资源紧张,我可是发挥了重大的作用!

大家好,我是一个动态链接库!

这个名字,相信你一定早就如雷贯耳了。

在计算机早期时代,由于内存资源紧张,我可是发挥了重大的作用!

不论是在 Windows 系统中,还是在 Unix 系列平台上,到处都能见到我的身影,因为我能为大家节省很多资源啊,资源就是人民币!

愉快的玩耍

比如:我的主人编写了这么一段简单的代码:

# 文件:lib.c
#include <stdio.h>
int func_in_lib(int k)

   printf("func_in_lib is called ");
   return k + 1;

只要用如下命令来编译,我就诞生出来了 lib.so,也就是一个动态链接库:

$ gcc -m32 -fPIC --shared -o lib.so lib.c

这个时候,主人随便把我丢给谁,我都可以为他服务,只要他调用我肚子里的这个函数 func_in_lib 就可以了。

虽然目前你看到我提供的这个函数很简单,但是道理都是一样的,后面如果有机会,我就在这个函数里来计算机器人的运动轨迹,给你瞧一瞧!

例如:张三今天写了一段代码,需要调用我的这个函数。

张三这个人比较喜欢骚操作,明明他在编译可执行程序的时候,把我动态链接一下就可以了,就像下面这样:

$ gcc -m32 -o main main.c ./lib.so

但是张三偏偏不这么做,为了炫技,他选择使用 dlopen 动态加载的方式,来把我从硬盘上加载到进程中。

咱们来一起围观一下张三写的可执行程序代码:

# 文件:main.c

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>
typedef int (*pfunc)(int);
int main(int argc, char *agv[])

   int a = 1;
   int b;
   // 打开动态库
   void *handle = dlopen("./lib.so", RTLD_NOW);
   if (handle)
   {
       // 查找动态库中的函数
       pfunc func = (pfunc) dlsym(handle, "func_in_lib");
       if (func)
       {
           b = func(a);
           printf("b = %d ", b);
       }
       else
       {
           printf("dlsym failed! ");
       }
       dlclose(handle);
   }
   else
   {
       printf("dlopen failed! ");
   }
   return 0;

从代码中可以看到,张三预先知道我肚子里的这个函数名称是 func_in_lib,所以他使用了系统函数 dlsym(handle, "func_in_lib"); 来找到这个函数在内存中的加载地址,然后就可以直接调用这个函数了。

张三编译得到可执行文件 main 之后,执行结果完全正确,很开心!

悲从中来

可是有一天,我遇到一件烦人的事情,我的主人说:你这个服务函数的计算过程太单调了,给你找点乐子,你在执行的时候啊,到其他一个外部模块里调用一个函数。

话刚说完,就丢给我一个函数名:void func_in_main(void);。

也就是说,我需要在我的服务函数中,去调用其他模块里的函数,就像下面这样:

#include <stdio.h>
// 外部函数声明
void func_in_main(void);
int func_in_lib(int k)

   printf("func_in_lib is called ");
   // 调用外部函数
   func_in_main();
   return k + 1;

那么这个函数在哪里呢?天哪,我怎么知道这个函数是什么鬼?怎么才能找到它藏在内存的那个角落(地址)里?

不管怎么样,主人修改了代码之后,还是很顺利的把我编译了出来:

$ gcc -m32 -fPIC --shared -o lib.so lib.c

编译指令完全没有变化。

因为我仅仅是一个动态链接库,这个时候即使我不知道 func_in_main 函数的地址,也是可以编译成功的。

只不过我要把这个家伙标记一下:谁要是想使用我,就必须告诉我这个家伙的地址在哪里!,否则就别怪我耍赖。

无辜的张三

我的主人对张三说:兄弟,我的这个动态链接库升级了,功能更强大哦,想不想试一下?

张三心想:我是使用 dlopen 的方式来动态加载动态库文件的,不需要对可执行程序重新编译或者链接,直接运行就完事了!

于是他二话不说,直接就把我拿过去,丢在他的可执行程序目录下,然后执行 main 程序。

可是这一次,他看到的结果却是:

dlopen failed!

为什么会加载失败呢?上次明明是正常执行的!张三一脸懵逼!

其实,这压根就不能怪我!以为我刚才就说了:谁要是想使用我,就必须告诉我 func_in_main 这个函数的地址在哪里!

可是在张三的这个进程里,我到处都找不到这个函数的地址。既然你没法满足我,那我就没法满足你!

锦囊1: 导出符号表

张三这下也没辙了,只要找我的主人算账:我的应用程序代码一丝一毫都没有动,怎么换了你给的新动态链接库就不行了呢?

主人慢条斯理的回答:疏忽了,疏忽了,忘记跟你说一件事情了:这个动态库啊,它需要你多做一件事情:在你的程序中提供一个名为 func_in_main 的函数,这样就可以了。

张三一想:这个好办,加一个函数就是了。

因为这个可执行程序只有一个 main.c 文件,于是他在其中新加了一个函数:

void func_in_main(void)

   printf("func_in_main ");

然后就开始编译、执行,一顿操作猛如虎:

# gcc -m32 -o main main.c -ldl
# ./main
dlopen failed!

咦?怎么还是失败?!已经按照要求加了 func_in_main 这个函数了啊?!

这个傻X张三,对,你确实是在 main.c 中加了这个函数,但是你仅仅是加在你的可执行程序中的,但是我却压根就看不到这个函数啊!

不信的话,你检查一下编译出来的可执行程序中,是否把 func_in_main 这个符号导出来了?如果不导出来,我怎么能看到?

# 查看导出的符号表
$ objdump -e main -T | grep func_in_main
# 这里输出为空

既然输出为空,就说明没有导出来!这个就不用我教你了吧?

茴香豆的“茴”字,一共有四种写法。。。

哦,不,导出符号,一共有两种方式:

方式1:导出所有的符号

$ gcc -m32 -rdynamic -o main main.c -ldl

当然,下面这个指令也可以:

gcc -m32 -Wl,--export-dynamic -o main main.c -ldl

方式2:导出指定的符号

先定义一个文件,把需要导出的符号全部罗列出来:

文件:exported.txt


   extern "C"
   {
       func_in_main;
   };
};

然后,在编译选项中指定这个导出文件:

gcc -m32 -Wl,-dynamic-list=./exported.txt -o main main.c -ldl

使用以上两种方式的任意一种即可,编译之后,再使用 objdump 指令看一下导出符号:

$ objdump -e main -T | grep func_in_main
080485bb g    DF .text 00000019  Base        func_in_main

嗯,很好很好!张三赶紧按照这样的方式操作了一下,果真成功执行了函数!

$ ./main
func_in_lib is called
func_in_main
b = 2

也就是说,在我的动态库文件中,正确的找到了外部其他模块中的函数地址,并且愉快的执行成功了!

锦囊2: 动态注册

虽然执行成功了,张三的心里隐隐约约的仍然有一丝不爽的感觉,每次编译都要导出符号,真麻烦,能不能优化一下?

于是他找到我的主人,表达了自己的不满。

主人一瞧,有个性!既然你不想提供,那我就满足你:

首先,在动态库中提供一个默认的函数实现(func_in_main_def);

然后,再提供一个专门的注册函数(register_func),如果外部模块想提供 func_in_main 这个函数,就调用注册函数注册进来;

此时,lib.c 最新的代码就变成这个样子了:

#include <stdio.h>
// 默认试下
void func_in_main_def(void)

   printf("the main is lazy, do NOT register me! ");

// 定义外部函数指针
void (*func_in_main)() = func_in_main_def;
void register_func(void (*pf)())

   func_in_main = pf;

int func_in_lib(int k)

   printf("func_in_lib is called ");
   if (func_in_main)
       func_in_main();
   return k + 1;

然后编译,全新的我再一次诞生了 lib.so:

gcc -m32 -fPIC --shared -o lib.so lib.c

主人把我丢给张三的时候说:好了,满足你的需求,这一次你不用提供 func_in_main 这个函数了,当然也就不用再导出符号了。

不过,如果如果有一天,你改变了注意,又想提供这个函数了,那么你就要通过动态库中的 register_func 函数,把你的函数注册进来。

Have you got it?赶紧再去试一下!

这个时候,张三再次使用我的时候,就不需要导出他的 main.c 里的那个函数 func_in_main 了,实际上他可以把这个函数从代码中删掉!

编译、执行,张三再一次猛如虎的操作:

$ gcc -m32 -o main main.c -ldl
$ ./main
func_in_lib is called
the main is lazy, do NOT register me!
b = 2

嗯,结果看起来是正确的。

咦?怎么多了一行字:the main is lazy, do NOT register me!

难道是在质疑我的技术能力吗?好吧,既然如此,我也满足你,不就是注册一个函数嘛,简单:

// 文件: main.c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>
typedef int (*pfunc)(int);
typedef int (*pregister)(void (*)());
// 控制注册函数的宏定义
#define REG_FUNC
#ifdef REG_FUNC
void func_in_main(void)

   printf("func_in_main ");

#endif
int main(int argc, char *agv[])

   int a = 1;
   int b;
   // 打开动态库
   void *handle = dlopen("./lib.so", RTLD_NOW);
   if (handle)
   {
#ifdef REG_FUNC
       // 查找动态库中的注册函数
       pregister register_func = (pregister) dlsym(handle, "register_func");
       if (register_func)
       {
           register_func(func_in_main);
       }
#endif
       // 查找动态库中的函数
       pfunc func = (pfunc) dlsym(handle, "func_in_lib");
       if (func)
       {
           b = func(a);
           printf("b = %d ", b);
       }
       else
       {
           printf("dlsym failed! ");
       }
       dlclose(handle);
   }
   else
   {
       printf("dlopen failed! ");
   }
   return 0;

然后编译、执行:

$ gcc -m32 -o main main.c -ldl
$ ./main
func_in_lib is called
func_in_main
b = 2

完美收官!

PS:很多平台级的代码,例如一些工控领域的运行时(Runtime)软件,大部分都是通过注册的方式,来把平台代码、用户代码进行连接、绑定的。

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