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Linux下的动态链接库

 
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一，LINUX系统中动态链接库的创建与使用

大家都知道，在WINDOWS系统中有很多的动态链接库(以.DLL为后缀的文件，DLL即Dynamic Link Library)。这种动态链接库，和静态函数库不同，它里面的函数并不是执行程序本身的一部分，而是根据执行程序需要按需装入，同时其执行代码可在多个执行程序间共享，节省了空间，提高了效率，具备很高的灵活性，得到越来越多程序员和用户的青睐。那么，在LINUX系统中有无这样的函数库呢？
答案是肯定的，LINUX的动态链接库不仅有，而且为数不少。在/lib目录下，就有许多以.so作后缀的文件，这就是LINUX系统应用的动态链接库，只不过与WINDOWS叫法不同，它叫so，即Shared Object，共享对象。(在LINUX下，静态函数库是以.a作后缀的) X-WINDOW作为LINUX下的标准图形窗口界面，它本身就采用了很多的动态链接库(在/usr/X11R6/lib目录下)，以方便程序间的共享，节省占用空间。著名的APACHE网页服务器，也采用了动态链接库，以便扩充程序功能。你只需将PHP动态链接库拷到其共享目录，修改一下配置，APACHE就可以支持PHP网页了。如果你愿意，可以自己编写动态链接库，让APACHE支持你自己定义的网页格式。这就是动态链接的好处。
1、LINUX下动态链接库的创建
在LINUX系统下，创建动态链接库是件再简单不过的事情。只要在编译函数库源程序时加上-shared选项即可，这样所生成的执行程序即为动态链接库。从某种意义上来说，动态链接库也是一种执行程序。按一般规则，程序名应带.so后缀。下面举个例子说说。
我准备编写两个函数，一个用于查询当前日期getdate，一个用于查询当前时间gettime，并将这两个函数存于动态链接库my.so中。为此，需要做以下几项工作。
1.1 编写用户接口文件datetime.h，内容如下(每行前面的数字为行号)：
----------------------------------------------------------------------
1 /* datetime.h : 纵横软件制作中心雨亦奇编写, 2001-06-28. */
2
3 #ifndef __DATETIME_H
4
5 #define __DATETIME_H
6
7 /* 日期结构 */
8 typedef struct
9 {
10 int year;
11 int mon;
12 int day;
13 }DATETYPE;
14
15 /* 时间结构 */
16 typedef struct
17 {
18 char hour;
19 char min;
20 char sec;
21 }TIMETYPE;
22
23 /* 函数原型说明 */
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
----------------------------------------------------------------------
这个用户接口文件中，先定义了日期与时间结构，接着定义一下函数的原型。动态函数与静态函数的原型说明不同的是，动态函数应使用(*函数名)的形式，以便引用其指针。若要引用文件中的动态函数说明，用户应该定义一下SHARED宏，这样才能使用。
1.2 编写getdate.c，源程序如下：
----------------------------------------------------------------------
1 /* getdate.c : 纵横软件制作中心雨亦奇编写, 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函数中，先调用time取得以秒计的系统时间，再用localtime函数转换一下时间结构，最后调整得到正确的日期。
1.3 编写gettime.c，源程序如下：
----------------------------------------------------------------------
1 /* gettime.c : 纵横软件制作中心雨亦奇编写, 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函数与getdate函数相仿，先用time函数取得以秒计的系统时间，再用localtime函数转换一下时间结构，最后返回当前的时间(不需调整)。
1.4 编写维护文件makefile-lib，内容如下：
----------------------------------------------------------------------
1 # makefile-lib : 纵横软件制作中心雨亦奇编写, 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 # 动态函数库(my.so)生成
16 my.so : $(TGT)
17 cc -shared -o $@ $(TGT)
18
----------------------------------------------------------------------
编写维护文件的目的，在于方便程序员维护程序，尤其是维护比较大的工程项目。一个素质良好的程序员应该学会熟练地编写维护文件makefile。定义了文件间的依赖关系后，一旦源文件发生变化，仅需make一下，其目标文件维护代码会自动执行，从而自动更新目标文件，减少了许多工作量。注意: 每行维护代码必须以TAB(跳格键)开始，不是的话make时将出错。
本维护文件第1行是注释行，以#号开头；文件第3行定义所有需要维护的函数库；第5行定义相关源程序文件；第7行定义目标文件；第9-10行说明所有源程序依赖于datetime.h头文件，并有相应维护代码，即touch一下，更新一下源文件的时间；第12-13行定义.o文件依赖于相应的.c文件，并指定了维护代码，即用cc编译一下；第16-17行定义共享库my.so依赖的目标文件，维护代码中用-shared编译选项，以生成动态链接库my.so。
1.5 运行make -f makefile-lib 命令
make运行后，动态链接库my.so就产生了，我们就可以在程序中调用了。如果想让系统所有用户都可以使用，则应以root用户登录系统，将这个库拷贝到/lib目录下(命令：cp my.so /lib)，或者在/lib目录下建个符号连接即可(命令：ln -s `pwd`/my.so /lib)。
2、LINUX下动态链接库的使用
2.1 重要的dlfcn.h头文件
LINUX下使用动态链接库，源程序需要包含dlfcn.h头文件，此文件定义了调用动态链接库的函数的原型。下面详细说明一下这些函数。
2.1.1 dlerror
原型为: const char *dlerror(void);
当动态链接库操作函数执行失败时，dlerror可以返回出错信息，返回值为NULL时表示操作函数执行成功。
2.1.2 dlopen
原型为: void *dlopen (const char *filename, int flag);
dlopen用于打开指定名字(filename)的动态链接库，并返回操作句柄。
filename: 如果名字不以/开头，则非绝对路径名，将按下列先后顺序查找该文件。
(1) 用户环境变量中的LD_LIBRARY值；
(2) 动态链接缓冲文件/etc/ld.so.cache
(3) 目录/lib，/usr/lib
flag表示在什么时候解决未定义的符号(调用)。取值有两个:
1) RTLD_LAZY : 表明在动态链接库的函数代码执行时解决。
2) RTLD_NOW : 表明在dlopen返回前就解决所有未定义的符号，一旦未解决，dlopen将返回错误。
dlopen调用失败时，将返回NULL值，否则返回的是操作句柄。
2.1.3 dlsym : 取函数执行地址
原型为: void *dlsym(void *handle, char *symbol);
dlsym根据动态链接库操作句柄(handle)与符号(symbol)，返回符号对应的函数的执行代码地址。由此地址，可以带参数执行相应的函数。
如程序代码: void (*add)(int x,int y); /* 说明一下要调用的动态函数add */
add=dlsym("xxx.so","add"); /* 打开xxx.so共享库,取add函数地址 */
add(89,369); /* 带两个参数89和369调用add函数 */
2.1.4 dlclose : 关闭动态链接库
原型为: int dlclose (void *handle);
dlclose用于关闭指定句柄的动态链接库，只有当此动态链接库的使用计数为0时,才会真正被系统卸载。
2.2 在程序中使用动态链接库函数
2.2.1 程序范例
下面的程序装载了动态链接库my.so，并用getdate,gettime取得当前日期与时间后输出。
----------------------------------------------------------------------
1 /************************************/
2 /* 文件名称: dy.c */
3 /* 功能描述: 动态链接库应用示范程序 */
4 /* 程序编写: 纵横软件制作中心雨亦奇 */
5 /* 编写时间: 2001-06-28 */
6 /************************************/
7
8 #include "stdio.h" /* 包含标准输入输出文件 */
9
10 #include "dlfcn.h" /* 包含动态链接功能接口文件 */
11 #define SOFILE "./my.so" /* 指定动态链接库名称 */
12
13 #define SHARED /* 定义宏,确认共享,以便引用动态函数 */
14 #include "datetime.h" /* 包含用户接口文件 */
15
16 main()
17 {
18 DATETYPE d;
19 TIMETYPE t;
20 void *dp;
21 char *error;
22
23 puts("动态链接库应用示范");
24
25 dp=dlopen(SOFILE,RTLD_LAZY); /* 打开动态链接库 */
26
27 if (dp==NULL) /* 若打开失败则退出 */
28 {
29 fputs(dlerror(),stderr);
30 exit(1);
31 }
32
33 getdate=dlsym(dp,"getdate"); /* 定位取日期函数 */
34
35 error=dlerror(); /* 检测错误 */
36 if (error) /* 若出错则退出 */
37 {
38 fputs(error,stderr);
39 exit(1);
40 }
41
42 getdate(&d); /* 调用此共享函数 */
43 printf("当前日期: %04d-%02d-%02d/n",d.year,d.mon,d.day);
44
45 gettime=dlsym(dp,"gettime"); /* 定位取时间函数 */
46
47 error=dlerror(); /* 检测错误 */
48 if (error) /* 若出错则退出 */
49 {
50 fputs(error,stderr);
51 exit(1);
52 }
53
54 gettime(&t); /* 调用此共享函数 */
55 printf("当前时间: %02d:%02d:%02d/n",t.hour,t.min,t.sec);
56
57 dlclose(dp); /* 关闭共享库 */
58
59 exit(0); /* 成功返回 */
60
61 }
----------------------------------------------------------------------
程序说明:
第8行: 包含标准输入输出头文件,因为程序中使用了printf,puts,fputs等标准输入输出函数,需要让编译器根据头文件中函数的原型,检查一下语法;
第10-11行: 包含动态链接库功能头文件,并定义动态链接库名称;
第13-14行: 定义宏SHARED以便引用14行的头文件datetime.h中的动态函数说明;
第25行: 用dlopen打开SOFILE共享库,返回句柄dp;
第27-31行: 检测dp是否为空,为空则显示错误后退出;
第33行: 用dlsym取得getdate函数动态地址;
第35-40行: 如果dlerror返回值不为空,则dlsym执行出错,程序显示错误后退出;
第42-43行: 执行getdate调用,输出当前日期;
第45行: 用dlsym取得gettime函数动态地址;
第47-52行: 如果dlerror返回值不为空,则dlsym执行出错,程序显示错误后退出;
第54-55行: 执行gettime调用,输出当前时间;
第57行: 用dlclose关闭dp所指示的动态链接库;
第59行: 程序退出,返回0值。
2.2.2 编写维护文件
维护文件makefile内容如下:
----------------------------------------------------------------------
1 # makefile : 纵横软件制作中心雨亦奇编写, 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 # 动态库应用示范程序
13 dy : $(DYTGT)
14 cc -rdynamic -s -o $@ $(DYTGT) -ldl
15
----------------------------------------------------------------------
维护文件说明:
第3行: 定义所有需要维护的模块;
第5行: 定义源程序;
第7行: 定义目标文件;
第9-10行: 定义.o文件依赖于.c文件,维护代码为“cc -c 变动的源文件名”;
第13-14行: 定义dy依赖于变量DYTGT指示的值,维护代码中采用-rdynamic选项以指定输出文件为动态链接的方式，选项-s指定删除目标文件中的符号表,最后的选项-ldl则指示装配程序ld需要装载dl函数库。
2.2.3 运行make命令
运行make后将产生执行文件dy，运行后将产生如下类似信息：
动态链接库应用示范
当前日期: 2001-06-28
当前时间: 10:06:21
当删除my.so文件时,将出现以下信息:
动态链接库应用示范
my.so: cannot open shared object file: 文件或目录不存在
3、小结
LINUX创建与使用动态链接库并不是一件难事。
编译函数源程序时选用-shared选项即可创建动态链接库，注意应以.so后缀命名，最好放到公用库目录(如/lib,/usr/lib等)下面，并要写好用户接口文件，以便其它用户共享。
使用动态链接库，源程序中要包含dlfcn.h头文件，写程序时注意dlopen等函数的正确调用，编译时要采用-rdynamic选项与-ldl选项，以产生可调用动态链接库的执行代码。

二，LINUX动态链接库高级应用

在《LINUX下动态链接库的创建与应用》一文中,我介绍了LINUX动态链接库的基本知识.其要点是:用户根据实际情况需要,利用dlopen,dlsym,dlclose等动态链接库操作函数,装入指定的动态链接库中指定的函数,然后加以执行.程序中使用很少的动态函数时,这样的做法尚可.如果程序需要调用大量的动态函数,那么采用这样的编程手段将是非常繁复的,所以我们必须使用一种更为聪明的办法,以减少代码量,提高工作效率.这就是现在我要举例介绍的《LINUX动态链接库高级应用》.

注:本文举的例子类似上篇文章,只是文件的内容已做相应修改,裁减了不少.示例程序ady.c和两个动态函数的源程序getdate.c与gettime.c仅修改了头文件的名字,其内容不再列出.本文使用头文件为adatetime.h.


要想高效地应用LINUX动态链接库(尤其是用户自己编写的),需要做以下工作:


一、编写合格的动态链接库头文件


C语言的头文件,可供一个或多个程序引用,里面一般定义程序所需的常量,自定义类型及函数原型说明等.其中的函数原型说明,则供编译器检查语法,用于排除引用参数时类型不一致的错误.只有编写合格的动态链接库头文件,程序员才能正确使用动态链接库内的函数.

动态链接库头文件要采用C语言标准格式,其中的动态函数原型定义,不必象上文介绍的那样用(*动态函数名)的描述形式.请看下面的例子:(每行开始的数字为所在行行号,为笔者添加,供注解使用)

1 /* adatetime.h : 纵横软件制作中心雨亦奇(zhsoft@371.net)编写, 2002-03-06. */
2
3 #ifndef __DATETIME_H
4
5 #define __DATETIME_H
6
7 /* 日期结构 */
8 typedef struct
9 {
10 int year;
11 int mon;
12 int day;
13 }DATETYPE;
14
15 /* 时间结构 */
16 typedef struct
17 {
18 char hour;
19 char min;
20 char sec;
21 }TIMETYPE;
22
23 int getdate(DATETYPE *d); /* 取当前日期 */
24 int gettime(TIMETYPE *t); /* 取当前时间 */
25
26 #endif
27

注:与上文的datetime.h文件比较,从该头文件第23,24行可以看到,动态函数getdate,gettime的原型定义改变了,不再使用(*getdate),(*gettime)的格式了(这种格式使用较为罗嗦).


二、正确编译与命名动态链接库


为了让GCC编译器生成动态链接库,编译时须加选项-shared.(这点须牢记)

LINUX系统中,为了让动态链接库能被系统中其它程序共享,其名字应符合“lib*.so*”这种格式.如果某个动态链接库不符合此格式,则LINUX的动态链接库自动装入程序(ld.so)将搜索不到此链接库,其它程序也无法共享之.

格式中,第一个*通常表示为简写的库名,第二个*通常表示为该库的版本号.如:在我的系统中,基本C动态链接库的名字为libc.so.6,线程pthread动态链接库的名字为libpthread.so.0等等.本文例子所生成的动态链接库的名字为libmy.so,虽没有版本号,但也符合所要求的格式.

生成该动态链接库的维护文件makefile-lib内容如下:

1 # makefile : 纵横软件制作中心雨亦奇编写, 2002-03-07.
2
3 all : libmy.so
4
5 SRC = getdate.c gettime.c
6
7 TGT = $(SRC:.c=.o)
8
9 $(SRC) : adatetime.h
10 @touch $@
11
12 %.o : %.c
13 cc -c $?
14
15 # 动态链接库(libmy.so)生成
16 libmy.so : $(TGT)
17 cc -s -shared -o $@ $(TGT)
18

运行命令:

$ make -f makefile-lib
$

即生成libmy.so库.

注: 维护文件中,第17行用-shared选项以生成动态链接库,用-s选项以去掉目标文件中的符号表,从而减小文件长度.


三、共享动态链接库


3.1 动态链接库配置文件

为了让动态链接库为系统所使用,需要维护动态链接库的配置文件--/etc/ld.so.conf.此文件内,存放着可被LINUX共享的动态链接库所在目录的名字(系统目录/lib,/usr/lib除外),各个目录名间以空白字符(空格,换行等)或冒号或逗号分隔.一般的LINUX发行版中,此文件均含一个共享目录/usr/X11R6/lib,为X window窗口系统的动态链接库所在的目录.

下面看看我的系统中此文件的内容如何:

# cat /etc/ld.so.conf
/usr/X11R6/lib
/usr/zzz/lib
#

由上可以看出,该动态库配置文件中,增加了一个/usr/zzz/lib目录.这是我自己新建的共享库目录,下面存放我新开发的可供系统共享的动态链接库.

3.2 动态链接库管理命令

为了让动态链接库为系统所共享,还需运行动态链接库的管理命令--ldconfig.此执行程序存放在/sbin目录下.

ldconfig命令的用途,主要是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件/etc/ld.so.conf内所列的目录下,搜索出可共享的动态链接库(格式如前介绍,lib*.so*),进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件.缓存文件默认为/etc/ld.so.cache,此文件保存已排好序的动态链接库名字列表.

ldconfig通常在系统启动时运行,而当用户安装了一个新的动态链接库时,就需要手工运行这个命令.

ldconfig命令行用法如下:

ldconfig [-v|--verbose] [-n] [-N] [-X] [-f CONF] [-C CACHE] [-r ROOT] [-l] [-p|--print-cache] [-c FORMAT] [--format=FORMAT] [-V] [-?|--help|--usage] path...

ldconfig可用的选项说明如下:

(1) -v或--verbose : 用此选项时,ldconfig将显示正在扫描的目录及搜索到的动态链接库,还有它所创建的连接的名字.

(2) -n : 用此选项时,ldconfig仅扫描命令行指定的目录,不扫描默认目录(/lib,/usr/lib),也不扫描配置文件/etc/ld.so.conf所列的目录.

(3) -N : 此选项指示ldconfig不重建缓存文件(/etc/ld.so.cache).若未用-X选项,ldconfig照常更新文件的连接.

(4) -X : 此选项指示ldconfig不更新文件的连接.若未用-N选项,则缓存文件正常更新.

(5) -f CONF : 此选项指定动态链接库的配置文件为CONF,系统默认为/etc/ld.so.conf.

(6) -C CACHE : 此选项指定生成的缓存文件为CACHE,系统默认的是/etc/ld.so.cache,此文件存放已排好序的可共享的动态链接库的列表.

(7) -r ROOT : 此选项改变应用程序的根目录为ROOT(是调用chroot函数实现的).选择此项时,系统默认的配置文件/etc/ld.so.conf,实际对应的为ROOT/etc/ld.so.conf.如用-r /usr/zzz时,打开配置文件/etc/ld.so.conf时,实际打开的是/usr/zzz/etc/ld.so.conf文件.用此选项,可以大大增加动态链接库管理的灵活性.

(8) -l : 通常情况下,ldconfig搜索动态链接库时将自动建立动态链接库的连接.选择此项时,将进入专家模式,需要手工设置连接.一般用户不用此项.

(9) -p或--print-cache : 此选项指示ldconfig打印出当前缓存文件所保存的所有共享库的名字.

(10) -c FORMAT 或 --format=FORMAT : 此选项用于指定缓存文件所使用的格式,共有三种:old(老格式),new(新格式)和compat(兼容格式,此为默认格式).

(11) -V : 此选项打印出ldconfig的版本信息,而后退出.

(12) -? 或 --help 或 --usage : 这三个选项作用相同,都是让ldconfig打印出其帮助信息,而后退出.

举三个例子:

例1:

# ldconfig -p
793 libs found in cache `/etc/ld.so.cache'
libzvt.so.2 (libc6) => /usr/lib/libzvt.so.2
libzvt.so (libc6) => /usr/lib/libzvt.so
libz.so.1.1.3 (libc6) => /usr/lib/libz.so.1.1.3
libz.so.1 (libc6) => /lib/libz.so.1
......
#

注: 有时候用户想知道系统中有哪些动态链接库,或者想知道系统中有没有某个动态链接库,这时,可用-p选项让ldconfig输出缓存文件中的动态链接库列表,从而查询得到.例子中,ldconfig命令的输出结果第1行表明在缓存文件/etc/ld.so.cache中找到793个共享库,第2行开始便是一系列共享库的名字及其全名(绝对路径).因为实际输出结果太多,为节省篇幅,以......表示省略的部分.


例2:

# ldconfig -v
/lib:
liby.so.1 -> liby.so.1
libnss_wins.so -> libnss_wins.so
......
/usr/lib:
libjscript.so.2 -> libjscript.so.2.0.0
libkspell.so.2 -> libkspell.so.2.0.0
......
/usr/X11R6/lib:
libmej-0.8.10.so -> libmej-0.8.10.so
libXaw3d.so.7 -> libXaw3d.so.7.0
......
#

注: ldconfig命令在运行正常的情况下,默认不输出什么东西.本例中用了-v选项,以使ldconfig在运行时输出正在扫描的目录及搜索到的共享库,用户可以清楚地看到运行的结果.执行结束后,ldconfig将刷新缓存文件/etc/ld.so.cache.

例3:

# ldconfig /usr/zhsoft/lib
#

注: 当用户在某个目录下面创建或拷贝了一个动态链接库,若想使其被系统共享,可以执行一下"ldconfig 目录名"这个命令.此命令的功能在于让ldconfig将指定目录下的动态链接库被系统共享起来,意即:在缓存文件/etc/ld.so.cache中追加进指定目录下的共享库.本例让系统共享了/usr/zhsoft/lib目录下的动态链接库.需要说明的是,如果此目录不在/lib,/usr/lib及/etc/ld.so.conf文件所列的目录里面,则再度运行ldconfig时,此目录下的动态链接库可能不被系统共享了.
3.3 动态链接库如何共享

了解了以上知识,我们可以采用以下三种方法来共享动态链接库:(注:均须在超级用户状态下操作,以我的动态链接库libmy.so共享过程为例)

(1)拷贝动态链接库到系统共享目录下,或在系统共享目录下为该动态链接库建立个连接(硬连接或符号连接均可,常用符号连接).这里说的系统共享目录,指的是LINUX动态链接库存放的目录,它包含/lib,/usr/lib以及/etc/ld.so.conf文件内所列的一系列目录.

# cp libmy.so /lib
# ldconfig
#

或:

# ln -s `pwd`/libmy.so /lib
# ldconfig
#

(2)将动态链接库所在目录名追加到动态链接库配置文件/etc/ld.so.conf中.

# pwd >> /etc/ld.so.conf
# ldconfig
#

(3)利用动态链接库管理命令ldconfig,强制其搜索指定目录,并更新缓存文件,便于动态装入.

# ldconfig `pwd`
#

需要说明的是,这种操作方法虽然有效,但效果是暂时的,供程序测试还可以,一旦再度运行ldconfig,则缓存文件内容可能改变,所需的动态链接库可能不被系统共享了.与之相比较,前两种方法是可靠的方法,值得业已定型的动态链接库共享时采用.前两种方法还有一个特点,即最后一条命令都是ldconfig,也即均需要更新一下缓存文件,以确保动态链接库的共享生效.


四、含有动态函数的程序的编译


4.1 防止编译因未指定动态链接库而出错

当一个程序使用动态函数时,编译该程序时就必须指定含所用动态函数的动态链接库,否则编译将会出错退出.如本文示例程序ady.c的编译(未明确引用动态链接库libmy.so):

# cc -o ady ady.c
/tmp/ccL4FsJp.o: In function `main':
/tmp/ccL4FsJp.o(.text+0x43): undefined reference to `gettime'
collect2: ld returned 1 exit status
#

注: 因为ady.c所含的动态函数getdate,gettime不在系统函数库中,所以连接时出错.

4.2 编译时引用动态链接库的几种方式

(1)当所用的动态链接库在系统目录(/lib,/usr/lib)下时,可用编译选项-l来引用.即:

# cc -lmy -o ady ady.c
#

注:编译时用-l选项引用动态链接库时,库名须使用其缩写形式.本例的my,表示引用libmy.so库.若引用光标库libncurses.so,须用-lncurses.注意,-l选项与参数之间不能有空格,否则会出错.

(2)当所用的动态链接库在系统目录(/lib,/usr/lib)以外的目录时,须用编译选项-L来指定动态链接库所在的目录(供编译器查找用),同时用-l选项指定缩写的动态链接库名.即:

# cc -L/usr/zzz/lib -lmy -o ady ady.c
#

(3)直接引用所需的动态链接库.即:

# cc -o ady ady.c libmy.so
#

或

# cc -o ady ady.c /lib/libmy.so
#

等等.其中,动态链接库的库名可以采用相对路径形式(文件名不以/开头),也可采用绝对路径形式(文件名以/开头).


五、动态链接程序的运行与检查


5.1 运行

编译连接好含动态函数的程序后,就可以运行它了.动态链接程序因为共享了系统中的动态链接库,所以其空间占用很小.但这并不意味功能的减少,它的执行与静态连接的程序执行,效果完全相同.在命令提示符下键入程序名及相关参数后回车即可,如下例:

$ ady
动态链接库高级应用示范
当前日期: 2002-03-11
当前时间: 19:39:06
$

5.2 检查

检查什么?检查动态链接程序究竟需要哪些共享库,系统中是否已有这些库,没有的话,用户好想办法把这些库装上.

怎么检查呢?这里,告诉你一个实用程序--ldd,这个程序就是专门用来检查动态链接程序依赖哪些共享库的.

ldd命令行用法如下:

ldd [--version] [-v|--verbose] [-d|--data-relocs] [-r|--function-relocs] [--help] FILE...

各选项说明如下:

(1) --version : 此选项用于打印出ldd的版本号.

(2) -v 或 --verbose : 此选项指示ldd输出关于所依赖的动态链接库的尽可能详细的信息.

(3) -d 或 --data-relocs : 此选项执行重定位,并且显示不存在的函数.

(4) -r 或 --function-relocs : 此选项执行数据对象与函数的重定位,同时报告不存在的对象.

(5) --help : 此选项用于打印出ldd的帮助信息.

注: 上述选项中,常用-v(或--verbose)选项.

ldd的命令行参数为FILE...,即一个或多个文件名(动态链接程序或动态链接库).

例1:

$ ldd ady
libmy.so => ./libmy.so (0x40026000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
$

注: 每行=>前面的,为动态链接程序所需的动态链接库的名字,而=>后面的,则是运行时系统实际调用的动态链接库的名字,所需的动态链接库在系统中不存在时,=>后面将显示"not found",括号所括的数字为虚拟的执行地址.本例列出ady所需的三个动态链接库,其中libmy.so为自己新建的动态链接库,而libc.so.6与/lib/ld-linux.so.2均为系统的动态链接库,前一个为基本C库,后一个动态装入库(用于动态链接库的装入及运行).

例2:

$ ldd -v ady
libmy.so => ./libmy.so (0x40026000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

Version information:
./ady:
libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6
libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6
./libmy.so:
libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6
libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6
/lib/libc.so.6:
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1.1) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.2.3) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.2) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.0) => /lib/ld-linux.so.2
$

注:本例用-v选项以显示尽可能多的信息,所以例中除列出ady所需要的动态链接库外,还列出了程序所需动态链接库版本方面的信息.

小结: 在LINUX动态链接库的高级应用中,关键有两点,一是如何让动态链接库为LINUX系统所共享,二是编译连接程序时如何做.让动态链接库为系统所共享,主要是用ldconfig管理命令,维护好系统共享库的缓存文件/etc/ld.so.cache.编译连接时如何做?注意连接上所用的动态链接库就可以了.LINUX动态链接库的高级应用,用一用就明白:其实,就是这么简单!


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摘要：动态链接库技术实现和设计程序常用的技术，在Windows和Linux系统中都有动态库的概念，采用动态库可以有效的减少程序大小，节省空间，提高效率，增加程序的可扩展性，便于模块化管理。但不同操作系统的动态库由于格式 不同，在需要不同操作系统调用时需要进行动态库程序移植。本文分析和比较了两种操作系统动态库技术，并给出了将Visual C++编制的动态库移植到Linux上的方法和经验。

　　
　　1、引言
　　
　　动态库（Dynamic Link Library abbr，DLL）技术是程序设计中经常采用的技术。其目的减少程序的大小，节省空间，提高效率，具有很高的灵活性。采用动态库技术对于升级软件版本更加容易。与静态库（Static Link Library）不同，动态库里面的函数不是执行程序本身的一部分，而是根据执行需要按需载入，其执行代码可以同时在多个程序中共享。
　　
　　在Windows和Linux操作系统中，都可采用这种方式进行软件设计，但他们的调用方式以及程序编制方式不尽相同。本文首先分析了在这两种操作系统中通常采用的动态库调用方法以及程序编制方式，然后分析比较了这两种方式的不同之处，最后根据实际移植程序经验，介绍了将VC++编制的Windows动态库移植到Linux下的方法。
　　
　　2、动态库技术
　　
　　2.1 Windows动态库技术
　　
　　动态链接库是实现Windows应用程序共享资源、节省内存空间、提高使用效率的一个重要技术手段。常见的动态库包含外部函数和资源，也有一些动态库只包含资源，如Windows字体资源文件，称之为资源动态链接库。通常动态库以.dll，.drv、.fon等作为后缀。相应的windows静态库通常以.lib结尾，Windows自己就将一些主要的系统功能以动态库模块的形式实现。
　　
　　Windows动态库在运行时被系统加载到进程的虚拟空间中，使用从调用进程的虚拟地址空间分配的内存，成为调用进程的一部分。DLL也只能被该进程的线程所访问。DLL的句柄可以被调用进程使用；调用进程的句柄可以被DLL使用。DLL模块中包含各种导出函数，用于向外界提供服务。DLL可以有自己的数据段，但没有自己的堆栈，使用与调用它的应用程序相同的堆栈模式；一个DLL在内存中只有一个实例；DLL实现了代码封装性；DLL的编制与具体的编程语言及编译器无关，可以通过DLL来实现混合语言编程。DLL函数中的代码所创建的任何对象（包括变量）都归调用它的线程或进程所有。
　　
　　根据调用方式的不同，对动态库的调用可分为静态调用方式和动态调用方式。
　　
　　(1)静态调用，也称为隐式调用，由编译系统完成对DLL的加载和应用程序结束时DLL卸载的编码（Windows系统负责对DLL调用次数的计数），调用方式简单，能够满足通常的要求。通常采用的调用方式是把产生动态连接库时产生的.LIB文件加入到应用程序的工程中，想使用DLL中的函数时，只须在源文件中声明一下。 LIB文件包含了每一个DLL导出函数的符号名和可选择的标识号以及DLL文件名，不含有实际的代码。Lib文件包含的信息进入到生成的应用程序中，被调用的DLL文件会在应用程序加载时同时加载在到内存中。
　　
　　(2)动态调用，即显式调用方式，是由编程者用API函数加载和卸载DLL来达到调用DLL的目的，比较复杂，但能更加有效地使用内存，是编制大型应用程序时的重要方式。在Windows系统中，与动态库调用有关的函数包括：
　　
　　①LoadLibrary（或MFC 的AfxLoadLibrary），装载动态库。
　　②GetProcAddress，获取要引入的函数，将符号名或标识号转换为DLL内部地址。
　　③FreeLibrary（或MFC的AfxFreeLibrary），释放动态链接库。
　　
　　在windows中创建动态库也非常方便和简单。在Visual C++中，可以创建不用MFC而直接用C语言写的DLL程序，也可以创建基于MFC类库的DLL程序。每一个DLL必须有一个入口点，在VC++中，DllMain是一个缺省的入口函数。DllMain负责初始化(Initialization)和结束(Termination)工作。动态库输出函数也有两种约定，分别是基于调用约定和名字修饰约定。DLL程序定义的函数分为内部函数和导出函数，动态库导出的函数供其它程序模块调用。通常可以有下面几种方法导出函数：
　　
　　①采用模块定义文件的EXPORT部分指定要输入的函数或者变量。
　　②使用MFC提供的修饰符号_declspec(dllexport)。
　　③以命令行方式，采用/EXPORT命令行输出有关函数。
　　
　　在windows动态库中，有时需要编写模块定义文件(.DEF)，它是用于描述DLL属性的模块语句组成的文本文件。
　　
　　2.2 Linux共享对象技术
　　
　　在Linux操作系统中，采用了很多共享对象技术（Shared Object），虽然它和Windows里的动态库相对应，但它并不称为动态库。相应的共享对象文件以.so作为后缀，为了方便，在本文中，对该概念不进行专门区分。Linux系统的/lib以及标准图形界面的/usr/X11R6/lib等目录里面，就有许多以so结尾的共享对象。同样，在Linux下，也有静态函数库这种调用方式，相应的后缀以.a结束。Linux采用该共享对象技术以方便程序间共享，节省程序占有空间，增加程序的可扩展性和灵活性。Linux还可以通过LD-PRELOAD变量让开发人员可以使用自己的程序库中的模块来替换系统模块。
　　
　　同Windows系统一样，在Linux中创建和使用动态库是比较容易的事情，在编译函数库源程序时加上-shared选项即可，这样所生成的执行程序就是动态链接库。通常这样的程序以so为后缀，在Linux动态库程序设计过程中，通常流程是编写用户的接口文件，通常是.h文件，编写实际的函数文件，以.c或.cpp为后缀，再编写makefile文件。对于较小的动态库程序可以不用如此，但这样设计使程序更加合理。
　　
　　编译生成动态连接库后，进而可以在程序中进行调用。在Linux中，可以采用多种调用方式，同Windows的系统目录(..\system32等)一样，可以将动态库文件拷贝到/lib目录或者在/lib目录里面建立符号连接，以便所有用户使用。下面介绍Linux调用动态库经常使用的函数，但在使用动态库时，源程序必须包含dlfcn.h头文件，该文件定义调用动态链接库的函数的原型。
　　
　　(1)_打开动态链接库：dlopen，函数原型void *dlopen (const char *filename, int flag);
　　dlopen用于打开指定名字(filename)的动态链接库，并返回操作句柄。
　　
　　(2)取函数执行地址：dlsym，函数原型为: void *dlsym(void *handle, char *symbol);
　　dlsym根据动态链接库操作句柄(handle)与符号(symbol)，返回符号对应的函数的执行代码地址。
　　
　　(3)关闭动态链接库：dlclose，函数原型为: int dlclose (void *handle);
　　dlclose用于关闭指定句柄的动态链接库，只有当此动态链接库的使用计数为0时,才会真正被系统卸载。
　　
　　(4)动态库错误函数：dlerror，函数原型为: const char *dlerror(void); 当动态链接库操作函数执行失败时，dlerror可以返回出错信息，返回值为NULL时表示操作函数执行成功。
　　
　　在取到函数执行地址后，就可以在动态库的使用程序里面根据动态库提供的函数接口声明调用动态库里面的函数。在编写调用动态库的程序的makefile文件时，需要加入编译选项-rdynamic和-ldl。
　　
　　除了采用这种方式编写和调用动态库之外，Linux操作系统也提供了一种更为方便的动态库调用方式，也方便了其它程序调用，这种方式与Windows系统的隐式链接类似。其动态库命名方式为“lib*.so.*”。在这个命名方式中，第一个*表示动态链接库的库名，第二个*通常表示该动态库的版本号，也可以没有版本号。在这种调用方式中，需要维护动态链接库的配置文件/etc/ld.so.conf来让动态链接库为系统所使用，通常将动态链接库所在目录名追加到动态链接库配置文件中。如具有X window窗口系统发行版该文件中都具有/usr/X11R6/lib，它指向X window窗口系统的动态链接库所在目录。为了使动态链接库能为系统所共享，还需运行动态链接库的管理命令./sbin/ldconfig。在编译所引用的动态库时，可以在gcc采用 ?l或-L选项或直接引用所需的动态链接库方式进行编译。在Linux里面，可以采用ldd命令来检查程序依赖共享库。
　　
　　3、两种系统动态库比较分析
　　
　　Windows和Linux采用动态链接库技术目的是基本一致的，但由于操作系统的不同，他们在许多方面还是不尽相同，下面从以下几个方面进行阐述。
　　
　　(1)动态库程序编写，在Windows系统下的执行文件格式是PE格式，动态库需要一个DllMain函数作为初始化的人口，通常在导出函数的声明时需要有_declspec(dllexport)关键字。Linux下的gcc编译的执行文件默认是ELF格式，不需要初始化入口，亦不需要到函数做特别声明，编写比较方便。
　　
　　(2)动态库编译，在windows系统下面，有方便的调试编译环境，通常不用自己去编写makefile文件，但在linux下面，需要自己动手去编写makefile文件，因此，必须掌握一定的makefile编写技巧，另外，通常Linux编译规则相对严格。
　　
　　(3)动态库调用方面，Windows和Linux对其下编制的动态库都可以采用显式调用或隐式调用，但具体的调用方式也不尽相同。
　　
　　(4)动态库输出函数查看，在Windows中，有许多工具和软件可以进行查看DLL中所输出的函数，例如命令行方式的dumpbin以及VC++工具中的DEPENDS程序。在Linux系统中通常采用nm来查看输出函数，也可以使用ldd查看程序隐式链接的共享对象文件。
　　
　　(5)对操作系统的依赖，这两种动态库运行依赖于各自的操作系统，不能跨平台使用。因此，对于实现相同功能的动态库，必须为两种不同的操作系统提供不同的动态库版本。
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