c/c++ dynamic link

主要介绍了在c/c++中如何使用dynamic link来动态加载.so文件以及涉及到的一些重要环境变量。

dynamic link 与 static link

这一篇对于shared library 和 static library 说明的比较透彻，详细的内容看原文，大致上static library使用.a的后缀，在使用static library的时候，code直接被link到binary的文件中。而使用shared library则是.so结尾在程序run的时候才会去寻找实际的.so文件的位置(这个.so文件本身就是一个二进制文件)。

使用ldd <binaryfile> 可以查找到当前的这个 binary file 在动态链接的时候都链接到了哪些.so文件以及其具体的路径这个可以用来debug动态链接时候的问题，有的时候没有链接到一个动态库上，比如之前的安装mpi4py的问题，当时想通过python传一个mpi的communicator给c的code，只有mpi4py和本身的c code 使用了一个mpi的动态链接库的时候这个思路才可能实现但有的时候安装环境可能有问题导致mpi4py所链接的mpi library和 c code 所链接的library 不是一个具体的问题和详细信息可以参考这个以及这个。

使用gcc进行dynamic link

dynamic link就是在运行的时候动态地链接所需要的代码库，在Linux中，动态链接库通常是被封装成为.so的形式。下面是一个具体的例子：

比如caculate.c文件中放置了好多函数，我们希望通过动态连接的方式使用这些函数：

#include "stdio.h"

 int add(int a, int b)
{
    return (a + b);
}

 int sub(int a, int b)
{
    return (a - b);
}

 int mul(int a, int b)
{
    return (a * b);
}

 int div(int a, int b)
{
    return (a / b);
}

 void action()
{
    printf("test action func\n");
}

使用如下命令编译：

gcc -fPIC -shared caculate.c -o libcaculate.so

之后可以使用nm命令查看 .so文件中的内容

$ nm libcaculate.so
0000000000000f40 T _action
0000000000000ec0 T _add
0000000000000f20 T _div
0000000000000f00 T _mul
                 U _printf
0000000000000ee0 T _sub
                 U dyld_stub_binder

之后可以加载这个动态链接库并且根据外部变量导入指定的函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>

//动态链接库路径
#define LIB_CACULATE_PATH "./caculatelib/libcaculate.so"

//函数指针
typedef  int (*CAC_FUNC)(int, int);
typedef  void (*ACT_FUNC)();
int main()
{
    void *handle;
    char *error;
    CAC_FUNC cac_func = NULL;

    //打开动态链接库
    handle = dlopen(LIB_CACULATE_PATH, RTLD_LAZY);
    if (!handle)
    {
        fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    //清除之前存在的错误
    dlerror();

    //获取一个函数
    *(void **)(&cac_func) = dlsym(handle, "add");
    if ((error = dlerror()) != NULL)
    {
        fprintf(stderr, "%s\n", error);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("add: %d\n", (*cac_func)(2, 7));

    cac_func = (CAC_FUNC)dlsym(handle, "sub");
    printf("sub: %d\n", cac_func(9, 2));

    cac_func = (CAC_FUNC)dlsym(handle, "mul");
    printf("mul: %d\n", cac_func(3, 2));

    cac_func = (CAC_FUNC)dlsym(handle, "div");
    printf("div: %d\n", cac_func(8, 2));

    ACT_FUNC act_func = NULL;
    act_func = (ACT_FUNC)dlsym(handle, "action");
    act_func();

    //关闭动态链接库
    dlclose(handle);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

具体编译的方式如下：

gcc -rdynamic -o main main.c -ldl

使用g++进行dynamic link

如果使用g++对.cpp文件进行dynamic link，具体可以参考这个，由于c++有name mangling的作用，需要使用extern C来对.so文件进行标记。

比如下面源文件直接进行编译g++ -fPIC -shared add.cpp -o add.so时候再使用nm查看

#include <vector>
using namespace std;
int add(int c)
{
    vector<int> v;

    int i;
    int sum = 0;
    for (i = 0; i < c; i++)
    {
        sum = sum + i;
    }
    return sum;
}

得到如下的结果：

0000000000000ac0 T __Z3addi
0000000000000d50 t __ZNSt3__113__vector_baseIiNS_9allocatorIiEEED2Ev
0000000000000d10 t __ZNSt3__16vectorIiNS_9allocatorIiEEED1Ev
0000000000000d30 t __ZNSt3__16vectorIiNS_9allocatorIiEEED2Ev
                 U __ZdlPv
                 U dyld_stub_binder

由于函数的名字被加上了一些字符，所以动态链接的时候会找不到对应的函数。如果加上extern C再进行编译：

#include <vector>
using namespace std;
extern "C" int add(int c)
{
    vector<int> v;

    int i;
    int sum = 0;
    for (i = 0; i < c; i++)
    {
        sum = sum + i;
    }
    return sum;
}

使用mn查看之后结果如下：

$ nm add.so
0000000000000d50 t __ZNSt3__113__vector_baseIiNS_9allocatorIiEEED2Ev
0000000000000d10 t __ZNSt3__16vectorIiNS_9allocatorIiEEED1Ev
0000000000000d30 t __ZNSt3__16vectorIiNS_9allocatorIiEEED2Ev
                 U __ZdlPv
0000000000000ac0 T _add
                 U dyld_stub_binder

main函数也可以写成.cpp的形式使用g++进行编译：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>

typedef int (*add_func_ptr)(int);

    int main(int argc, char **argv)
{
    void *handle;
    double (*cosine)(double);
    char *error;

    handle = dlopen("./add.so", RTLD_LAZY);
    if (!handle)
    {
        fputs(dlerror(), stderr);
        exit(1);
    }

    add_func_ptr addfun;
    addfun = (add_func_ptr)dlsym(handle, "add");
    if ((error = dlerror()) != NULL)
    {
        fputs(error, stderr);
        exit(1);
    }

    printf("%d\n", (*addfun)(5));
    dlclose(handle);
}