产生和使用共享库

2018-10-31

在编写代码中，调用库函数是一个省时省力的做法，那么在具体的操作系统中库是如何编写实现的呢，这里记录一下学习过程

为什么要引入库的概念

函数模块的功能相同，实现代码也相同，通过对它们进行封装为库，方便模块之间的调用，避免代码重复。
封装另外一个目的是针对接口编程，对实现代码进行保密，利于代码保护和代码升级。

静态库vs共享库

Linux下的库有两种：静态库（libxxx.a）和共享库（libxxx.so）

二者的不同点在于代码被载入的时刻不同

静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序，因此体积较大。
共享库的代码是在可执行程序运行时才载入内存的，在编译过程中仅简单的引用，因此代码体积较小。

共享库的两种使用方式

动态链接（隐式调用）
动态调用（显式调用，利用lib/ld.so提供的函数，利用函数指针，动态调用一个类库中包含的函数，不需要知道动态库的头文件）

隐式调用

当创建可执行文件时，静态执行一些链接（共享库的重定位和符号表信息，而非代码和数据），然后在应用程序加载时，动态完成链接过程。

下面用一个例子来说明，我的大体思路是将打印”hello world！“作为一个函数包装到共享库中供外界调用

编写要被编译成共享库的文件

1 2	// mylib.h void hello();

// mylib.c
#include <stdio.h>
#include "mylib.h"
void hello(){
    printf("hello world!\n");
}

生成共享库文件libmylib.so

1	gcc -shared -fPIC -o libmylib.so mylib.c

-shared选项来指示链接器创建一个共享的目标文件（即共享库）

-fPIC选项指示编译器生成与位置无关的代码

编写测试文件

// test.c
#include <stdio.h>
// 注意隐式调用时需要包含这个头文件，否则会报函数未声明的warning
#include "mylib.h"
int main(){
    hello();
    return 0;
}

编译测试文件

1	gcc -o test test.c ./libmylib.so

在可执行文件test中没有拷贝任何libmylib.so真正的代码和数据节，而是由链接器拷贝了一些重定位和符号表信息，它们使得运行时动态链接器可以解析libmylib.so中代码和数据的引用

显式调用

应用程序在运行过程中（连接库的过程直接写在代码里）要求动态链接器加载和链接任意共享库，而无需编译时链接那些库到应用中。

Linux系统为应用程序在运行过程中加载和链接共享库提供了一组API：

#include <dlfcn.h>

/* 加载和链接共享库 filename
    filename：共享库的名字
    flag有：RTLD_LAZY, RTLD_NOW,二者均可以和RTLD_GLOBAL表示取或
*/
void *dlopen(const char *filename, int flag); 
// 若成功则返回执行句柄的指针，否则返回NULL
/*根据共享库操作句柄与符号，返回符号对应的地址
    handle:共享库操作句柄
    symbol：需要引用的符号名字
*/
void *dlsym(void *handle, char *symbol);
// 若成功则返回执行符号的指针（即地址），若出错则返回NULL
/* 如果没有程序正在使用这个共享库，卸载该共享库 */
int dlclose(void *handle); // 若卸载成功，则返回0，否则返回-1
/* 捕捉最近发生的错误 */
const char *dlerror(void); // 若前面对dlopen，dlsym或dlclose调用失败，则返回错误消息，否则返回NULL

利用上一部分写好的共享库，编写测试文件

// test2.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>

int main(){
    void *handle;
    void (*hello)();
    char *error;
    
    handle = dlopen("./libmylib.so", RTLD_LAZY);
    if(!handle){
        fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
        exit(1);
    }
    
    hello = dlsym(handle, "hello");
    if((error = dlerror()) != NULL){
        fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
        exit(1);
    }

    hello();

    if(dlclose(handle) < 0){
        fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
        exit(1);
    }
    return 0;
}

编译

1	gcc -o test2 test2.c -ldl

-ldl：表示生成的对象模块需要用到共享库

参考

https://www.jianshu.com/p/4452ae231000

https://blog.csdn.net/u013243710/article/details/17686875