LINUX系統中動態鏈接庫的創建與使用雨亦奇 |
| 01-8-6 下午 03:09:11 |
| 大家都知道，在 WINDOWS系統中有很多的動態鏈接庫(以.DLL爲後綴的文件，DLL即Dynamic Link Library)。這種動態鏈接庫，和靜態函數庫不同，它裏面的函數並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。那麼，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，而且爲數不少。在/lib目錄下，就有許多以.so作後綴的文件，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作後綴的) X-WINDOW作爲LINUX下的標準圖形窗口界面，它本身就採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，節省佔用空間。著名的APACHE網頁服務器，也採用了動態鏈接庫，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。如果你願意，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爲動態鏈接庫。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後綴。下面舉個例子說說。 |
| 我準備編寫兩個函數，一個用於查詢當前日期getdate，一個用於查詢當前時間gettime，並將這兩個函數存於動態鏈接庫my.so中。爲此，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(每行前面的數字爲行號)： |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 1 /* datetime.h : 縱橫軟件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 /* 函數原型說明 */ |
| 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 |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 這個用戶接口文件中，先定義了日期與時間結構，接着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： |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 1 /* getdate.c : 縱橫軟件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，最後調整得到正確的日期。 |
| 1.3 編寫gettime.c，源程序如下： |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 1 /* gettime.c : 縱橫軟件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，最後返回當前的時間(不需調整)。 |
| 1.4 編寫維護文件makefile-lib，內容如下： |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 1 # makefile-lib : 縱橫軟件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 # 動態函數庫(my.so)生成 |
| 16 my.so : $(TGT) |
| 17 cc -shared -o $@ $(TGT) |
| 18 |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 編寫維護文件的目的，在於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係後，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行是註釋行，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於datetime.h頭文件，並有相應維護代碼，即touch一下，更新一下源文件的時間；第12-13行定義.o文件依賴於相應的.c文件，並指定了維護代碼，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運行後，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 |
| 原型爲: 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，返回值爲NULL時表示操作函數執行成功。 |
| 2.1.2 dlopen |
| 原型爲: void *dlopen (const char *filename, int flag); |
| dlopen用於打開指定名字(filename)的動態鏈接庫，並返回操作句柄。 |
| filename: 如果名字不以/開頭，則非絕對路徑名，將按下列先後順序查找該文件。 |
| (1) 用戶環境變量中的LD_LIBRARY值； |
| (2) 動態鏈接緩衝文件/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(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 |
| 原型爲: 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 |
| 原型爲: int dlclose (void *handle); |
| dlclose用於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爲0時,纔會真正被系統卸載。 |
| 2.2 在程序中使用動態鏈接庫函數 |
| 2.2.1 程序範例 |
| 下面的程序裝載了動態鏈接庫my.so，並用getdate,gettime取得當前日期與時間後輸出。 |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 1 /************************************/ |
| 2 /* 文件名稱: dy.c */ |
| 3 /* 功能描述: 動態鏈接庫應用示範程序 */ |
| 4 /* 程序編寫: 縱橫軟件製作中心雨亦奇 */ |
| 5 /* 編寫時間: 2001-06-28 */ |
| 6 /************************************/ |
| 7 |
| 8 #include "stdio.h" /* 包含標準輸入輸出文件 */ |
| 9 |
| 10 #include "dlfcn.h" /* 包含動態鏈接功能接口文件 */ |
| 11 #define SOFILE "./my.so" /* 指定動態鏈接庫名稱 */ |
| 12 |
| 13 #define SHARED /* 定義宏,確認共享,以便引用動態函數 */ |
| 14 #include "datetime.h" /* 包含用戶接口文件 */ |
| 15 |
| 16 main() |
| 17 { |
| 18 DATETYPE d; |
| 19 TIMETYPE t; |
| 20 void *dp; |
| 21 char *error; |
| 22 |
| 23 puts("動態鏈接庫應用示範"); |
| 24 |
| 25 dp=dlopen(SOFILE,RTLD_LAZY); /* 打開動態鏈接庫 */ |
| 26 |
| 27 if (dp==NULL) /* 若打開失敗則退出 */ |
| 28 { |
| 29 fputs(dlerror(),stderr); |
| 30 exit(1); |
| 31 } |
| 32 |
| 33 getdate=dlsym(dp,"getdate"); /* 定位取日期函數 */ |
| 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); /* 調用此共享函數 */ |
| 43 printf("當前日期: %04d-%02d-%02d/n",d.year,d.mon,d.day); |
| 44 |
| 45 gettime=dlsym(dp,"gettime"); /* 定位取時間函數 */ |
| 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); /* 調用此共享函數 */ |
| 55 printf("當前時間: %02d:%02d:%02d/n",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 } |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 程序說明: |
| 第8行: 包含標準輸入輸出頭文件,因爲程序中使用了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,並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是否爲空,爲空則顯示錯誤後退出; |
| 第33行: 用dlsym取得getdate函數動態地址; |
| 第35-40行: 如果dlerror返回值不爲空,則dlsym執行出錯,程序顯示錯誤後退出; |
| 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返回值不爲空,則dlsym執行出錯,程序顯示錯誤後退出; |
| 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: |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 1 # makefile : 縱橫軟件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 # 動態庫應用示範程序 |
| 13 dy : $(DYTGT) |
| 14 cc -rdynamic -s -o $@ $(DYTGT) -ldl |
| 15 |
| ---------------------------------------------------------------------- |
| 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文件依賴於.c文件,維護代碼爲“cc -c 變動的源文件名”; |
| 第13-14行: 定義dy依賴於變量DYTGT指示的值,維護代碼中採用-rdynamic選項以指定輸出文件爲動態鏈接的方式，選項-s指定刪除目標文件中的符號表,最後的選項-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後將產生執行文件dy，運行後將產生如下類似信息： |
| 動態鏈接庫應用示範 |
| 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: |
| 動態鏈接庫應用示範 |
| 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並不是一件難事。 |
| 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後綴命名，最好放到公用庫目錄(如/lib,/usr/lib等)下面，並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，編譯時要採用-rdynamic選項與-ldl選項，以產生可調用動態鏈接庫的執行代碼。 |
| 點擊這裏下載源程序。 |
| （網頁編輯：風之翼） |
| 相關文章 |
http://fanqiang.chinaunix.net/a4/b2/20011114/0908001565.html
創建和使用庫：靜態、共享和動態
C語言中有一些函數不需要進行編譯，有一些函數也可以在多個文憑中使用。一般來說，這些函數都會執行一些標準任務，如數據庫輸入/輸出操作或屏幕控制等。可以事先對這些函數進行編譯，然後將它們放置在一些特殊的目標代碼文件中，這些目標代碼文件就稱爲庫。庫文件中的函數可以通過連接程序與應用程序進行連接。這樣就不必在每次開發程序時都對這些通用的函數進行編譯了。
不同類型的應用程序將會使用不同的函數庫。例如：libdbm庫中組包含了對數據庫文件進行訪問的dbm函數，需要對數據庫進行操作的程序就會與該庫進行連接。數學應用程序將使用數學庫libm，X-Windows應用程序將使用Xlib庫，libX11。另外，所有的程序都將使用標準的C函數庫。libc，該庫中包含了諸好內存管理或輸入輸出操作的基本函數，這些庫都存放在/usr/lib這些系統公用的目錄中，系統中的任何用戶都可以利用這些庫。當然用戶也可以建立自己專用的庫函數，供自己或其它指定的人員使用。
庫可以有三種使用的形式：靜態、共享和動態。靜態庫的代碼在編譯時就已連接到開發人員開發的應用程序中，而共享庫只是在程序開始運行時才載入，在編譯時，只是簡單地指定需要使用的庫函數。動態庫則是共享庫的另一種變化形式。動態庫也是在程序運行時載入，但與共享庫不同的是，使用的庫函數不是在程序運行開始，而是在程序中的語句需要使用該函數時才載入。動態庫可以在程序運行期間釋放動態庫所佔用的內存，騰出空間供其它程序使用。由於共享庫和動態庫並沒有在程序中包括庫函數的內容，只是包含了對庫函數的引用，因此代碼的規模比較小。
已經開發的大多數庫都採取共享庫的方式。ELF格式的可執行文件使得共享庫能夠比較容易地實現，當然使用舊的a.out模式也可以實現庫的共享。Linux系統中目前可執行文件的標準格式爲ELF格式。
GNU庫的使用必須遵守Library GNU Public License(LGPL許可協議)。該協議與GNU許可協議略有不同，開發人員可以免費使用GNU庫進行軟件開發，但必須保證向用戶提供所用的庫函數的源代碼。
系統中可用的庫都存放在/usr/lib和/lib目錄中。庫文件名由前綴lib和庫名以及後綴組成。根據庫的類型不同，後綴名也不一樣。共享庫的後綴名由.so和版本號組成，靜態庫的後綴名爲.a。採用舊的a.out格式的共享庫的後綴名爲.sa。
libname.so.major.minor
libname.a
這裏的name可以是任何字符串，用來唯一標識某個庫。該字符串可以是一個單字、幾個字符、甚至一個字母。數學共享庫的庫名爲 libm.so.5，這裏的標識字符爲m，版本號爲5。libm.a則是靜態數學庫。X-Windows庫名爲libX11.so.6，這裏使用X11作爲庫的標識，版本號爲6。
使用gcc編譯器就可以將庫與自己開發的程序連接起來，例如：libc.so.5中包含了標準的輸入輸出函數，當連接程序進行目標代碼連接時會自動搜索該程序並將其連接到生成的可執行文件中。標準的輸入輸出庫中包含了許多基本的輸入輸出函數，如printf函數等。也可以連接其它的一些系統函數庫，如數學庫等，但與libc.so.5不同，大部分其它的系統庫需要在命令行中顯式指定所用的庫名。
在/usr/lib和/lib目錄中可以找到絕大多數的共享庫。連接時將首先搜索這兩個目錄。有一些庫也可能存放在特定的目錄中，在 /etc/ld.conf配置文件中給出了這些目錄的列表。連接程序也會對列出的這些目錄進行搜索。在默認情況下，Linux將首先搜索指定庫的共享版本，如果找不到，纔會去搜索靜態版本。在對共享庫進行更新或安裝新庫後，必須運行ldconfig命令更新/etc/ld.conf文件中相應的項(如果使用RPM進行安裝，一般會自動進行更新，不過也不能保證這一點)。
在gcc編譯器中引用可搜索到的目錄中的庫文件時，需要使用-l選項和庫名。在gcc命令行上輸入-lm可以在程序中連接標準算術庫，-l將首先使用libname.so進行搜索，這裏是libm.so。下面的例子將使用算術庫創建bookrecs程序，請注意這裏的-lm選項。
$ gcc main.c io.c -o bookrecs -lm
系統中還有一些其它可用的庫，常用的是libncurses.a庫，包含了一些簡單的鼠標移動例程。在命令行中使用-lncurses選項引用libncurses.so庫。下面的例子同時調用了數學和光標庫。
$ gcc mian.c io.c -o bookrecs -lm -lncurses
在引用其它目錄中的庫時，需要使用-ldir選項指定該目錄。該選項指定了搜索庫函數時其它路徑。在下面的例子中，用戶在連接時使用了mydir目錄中的myio.so庫文件。
$ gcc main.c -o bookrecs -lmydir -lmyio (http://www.fanqiang.com) 進入【UNIX論壇】