在動態(tài)庫中如何調(diào)用外部函數(shù)？

大家好，我是一個動態(tài)鏈接庫！

這個名字，相信你一定早就如雷貫耳了。

在計算機早期時代，由于內(nèi)存資源緊張，我可是發(fā)揮了重大的作用！

不論是在 Windows 系統(tǒng)中，還是在 Unix 系列平臺上，到處都能見到我的身影，因為我能為大家節(jié)省很多資源啊，資源就是人民幣！

愉快的玩耍

比如：我的主人編寫了這么一段簡單的代碼：

# 文件：lib.c

#include 《stdio.h》

int func_in_lib（int k）

{

printf（“func_in_lib is called

”）;

return k + 1;

}

只要用如下命令來編譯，我就誕生出來了 lib.so，也就是一個動態(tài)鏈接庫：

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

這個時候，主人隨便把我丟給誰，我都可以為他服務，只要他調(diào)用我肚子里的這個函數(shù) func_in_lib 就可以了。

雖然目前你看到我提供的這個函數(shù)很簡單，但是道理都是一樣的，后面如果有機會，我就在這個函數(shù)里來計算機器人的運動軌跡，給你瞧一瞧！

例如：張三今天寫了一段代碼，需要調(diào)用我的這個函數(shù)。

張三這個人比較喜歡騷操作，明明他在編譯可執(zhí)行程序的時候，把我動態(tài)鏈接一下就可以了，就像下面這樣：

$ gcc -m32 -o main main.c 。/lib.so

但是張三偏偏不這么做，為了炫技，他選擇使用 dlopen 動態(tài)加載的方式，來把我從硬盤上加載到進程中。

咱們來一起圍觀一下張三寫的可執(zhí)行程序代碼：

# 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;

// 打開動態(tài)庫

void *handle = dlopen（“。/lib.so”， RTLD_NOW）;

if （handle）

{

// 查找動態(tài)庫中的函數(shù)

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;

}

從代碼中可以看到，張三預先知道我肚子里的這個函數(shù)名稱是 func_in_lib，所以他使用了系統(tǒng)函數(shù) dlsym（handle， “func_in_lib”）; 來找到這個函數(shù)在內(nèi)存中的加載地址，然后就可以直接調(diào)用這個函數(shù)了。

張三編譯得到可執(zhí)行文件 main 之后，執(zhí)行結果完全正確，很開心！

悲從中來

可是有一天，我遇到一件煩人的事情，我的主人說：你這個服務函數(shù)的計算過程太單調(diào)了，給你找點樂子，你在執(zhí)行的時候啊，到其他一個外部模塊里調(diào)用一個函數(shù)。

話剛說完，就丟給我一個函數(shù)名：void func_in_main（void）;。

也就是說，我需要在我的服務函數(shù)中，去調(diào)用其他模塊里的函數(shù)，就像下面這樣：

#include 《stdio.h》

// 外部函數(shù)聲明

void func_in_main（void）;

int func_in_lib（int k）

{

printf（“func_in_lib is called

”）;

// 調(diào)用外部函數(shù)

func_in_main（）;

return k + 1;

}

那么這個函數(shù)在哪里呢？天哪，我怎么知道這個函數(shù)是什么鬼？怎么才能找到它藏在內(nèi)存的那個角落（地址）里？

不管怎么樣，主人修改了代碼之后，還是很順利的把我編譯了出來：

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

編譯指令完全沒有變化。

因為我僅僅是一個動態(tài)鏈接庫，這個時候即使我不知道 func_in_main 函數(shù)的地址，也是可以編譯成功的。

只不過我要把這個家伙標記一下：誰要是想使用我，就必須告訴我這個家伙的地址在哪里！，否則就別怪我耍賴。

無辜的張三

我的主人對張三說：兄弟，我的這個動態(tài)鏈接庫升級了，功能更強大哦，想不想試一下？

張三心想：我是使用 dlopen 的方式來動態(tài)加載動態(tài)庫文件的，不需要對可執(zhí)行程序重新編譯或者鏈接，直接運行就完事了！

于是他二話不說，直接就把我拿過去，丟在他的可執(zhí)行程序目錄下，然后執(zhí)行 main 程序。

可是這一次，他看到的結果卻是：

dlopen failed！

為什么會加載失敗呢？上次明明是正常執(zhí)行的！張三一臉懵逼！

其實，這壓根就不能怪我！以為我剛才就說了：誰要是想使用我，就必須告訴我 func_in_main 這個函數(shù)的地址在哪里！

可是在張三的這個進程里，我到處都找不到這個函數(shù)的地址。既然你沒法滿足我，那我就沒法滿足你！

錦囊1： 導出符號表

張三這下也沒轍了，只要找我的主人算賬：我的應用程序代碼一絲一毫都沒有動，怎么換了你給的新動態(tài)鏈接庫就不行了呢？

主人慢條斯理的回答：疏忽了，疏忽了，忘記跟你說一件事情了：這個動態(tài)庫啊，它需要你多做一件事情：在你的程序中提供一個名為 func_in_main 的函數(shù)，這樣就可以了。

張三一想：這個好辦，加一個函數(shù)就是了。

因為這個可執(zhí)行程序只有一個 main.c 文件，于是他在其中新加了一個函數(shù)：

void func_in_main（void）

{

printf（“func_in_main

”）;

}

然后就開始編譯、執(zhí)行，一頓操作猛如虎：

# gcc -m32 -o main main.c -ldl

# 。/main

dlopen failed！

咦？怎么還是失??？！已經(jīng)按照要求加了 func_in_main 這個函數(shù)了?。?！

這個傻X張三，對，你確實是在 main.c 中加了這個函數(shù)，但是你僅僅是加在你的可執(zhí)行程序中的，但是我卻壓根就看不到這個函數(shù)??！

不信的話，你檢查一下編譯出來的可執(zhí)行程序中，是否把 func_in_main 這個符號導出來了？如果不導出來，我怎么能看到？

# 查看導出的符號表

$ objdump -e main -T | grep func_in_main

# 這里輸出為空

既然輸出為空，就說明沒有導出來！這個就不用我教你了吧？

茴香豆的“茴”字，一共有四種寫法。。。

哦，不，導出符號，一共有兩種方式：

方式1：導出所有的符號

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

當然，下面這個指令也可以：

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

方式2：導出指定的符號

先定義一個文件，把需要導出的符號全部羅列出來：

文件：exported.txt

{

extern “C”

{

func_in_main;

};

};

然后，在編譯選項中指定這個導出文件：

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

使用以上兩種方式的任意一種即可，編譯之后，再使用 objdump 指令看一下導出符號：

$ objdump -e main -T | grep func_in_main

080485bb g DF .text00000019 Base func_in_main

嗯，很好很好！張三趕緊按照這樣的方式操作了一下，果真成功執(zhí)行了函數(shù)！

$ 。/main

func_in_lib is called

func_in_main

b = 2

也就是說，在我的動態(tài)庫文件中，正確的找到了外部其他模塊中的函數(shù)地址，并且愉快的執(zhí)行成功了！

錦囊2： 動態(tài)注冊

雖然執(zhí)行成功了，張三的心里隱隱約約的仍然有一絲不爽的感覺，每次編譯都要導出符號，真麻煩，能不能優(yōu)化一下？

于是他找到我的主人，表達了自己的不滿。

主人一瞧，有個性！既然你不想提供，那我就滿足你：

首先，在動態(tài)庫中提供一個默認的函數(shù)實現(xiàn)（func_in_main_def）;

然后，再提供一個專門的注冊函數(shù)（register_func），如果外部模塊想提供 func_in_main 這個函數(shù)，就調(diào)用注冊函數(shù)注冊進來；此時，lib.c 最新的代碼就變成這個樣子了：

#include 《stdio.h》

// 默認實現(xiàn)

void func_in_main_def（void）

{

printf（“the main is lazy， do NOT register me！

”）;

}

// 定義外部函數(shù)指針

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;

}

然后編譯，全新的我再一次誕生了 lib.so：

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

主人把我丟給張三的時候說：好了，滿足你的需求，這一次你不用提供 func_in_main 這個函數(shù)了，當然也就不用再導出符號了。

不過，如果如果有一天，你改變了注意，又想提供這個函數(shù)了，那么你就要通過動態(tài)庫中的 register_func 函數(shù)，把你的函數(shù)注冊進來。

Have you got it？趕緊再去試一下！

這個時候，張三再次使用我的時候，就不需要導出他的 main.c 里的那個函數(shù) func_in_main 了，實際上他可以把這個函數(shù)從代碼中刪掉！

編譯、執(zhí)行，張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，結果看起來是正確的。

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

難道是在質(zhì)疑我的技術能力嗎？好吧，既然如此，我也滿足你，不就是注冊一個函數(shù)嘛，簡單：

// 文件： main.c

#include 《unistd.h》

#include 《stdio.h》

#include 《stdlib.h》

#include 《dlfcn.h》

typedef int （*pfunc）（int）;

typedef int （*pregister）（void （*）（））;

// 控制注冊函數(shù)的宏定義

#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;

// 打開動態(tài)庫

void *handle = dlopen（“。/lib.so”， RTLD_NOW）;

if （handle）

{

#ifdef REG_FUNC

// 查找動態(tài)庫中的注冊函數(shù)

pregister register_func = （pregister） dlsym（handle， “register_func”）;

if （register_func）

{

register_func（func_in_main）;

}

#endif

// 查找動態(tài)庫中的函數(shù)

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;

}

然后編譯、執(zhí)行：

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

$ 。/main

func_in_lib is called

func_in_main

b = 2

完美收官！

PS：很多平臺級的代碼，例如一些工控領域的運行時（Runtime）軟件，大部分都是通過注冊的方式，來把平臺代碼、用戶代碼進行連接、綁定的。

編輯：jq