应用程序设计：在动态库中如何调用外部函数？
The following article is from IOT物联网小镇 Author 道哥
大家好，我是一个动态链接库！
这个名字，相信你一定早就如雷贯耳了。
在计算机早期时代，由于内存资源紧张，我可是发挥了重大的作用!
不论是在 Windows 系统中，还是在 Unix 系列平台上，到处都能见到我的身影，因为我能为大家节省很多资源啊，资源就是人民币！
比如：我的主人编写了这么一段简单的代码：
# 文件：lib.c
#include <stdio.h>
int func_in_lib(int k)
{
printf("func_in_lib is called \n");
return k + 1;
}
只要用如下命令来编译，我就诞生出来了 lib.so，也就是一个动态链接库：
$ gcc -m32 -fPIC --shared -o lib.so lib.c
这个时候，主人随便把我丢给谁，我都可以为他服务，只要他调用我肚子里的这个函数 func_in_lib 就可以了。
虽然目前你看到我提供的这个函数很简单，但是道理都是一样的，后面如果有机会，我就在这个函数里来计算机器人的运动轨迹，给你瞧一瞧！
例如：张三今天写了一段代码，需要调用我的这个函数。
张三这个人比较喜欢骚操作，明明他在编译可执行程序的时候，把我动态链接一下就可以了，就像下面这样：
$ gcc -m32 -o main main.c ./lib.so
但是张三偏偏不这么做，为了炫技，他选择使用 dlopen 动态加载的方式，来把我从硬盘上加载到进程中。
咱们来一起围观一下张三写的可执行程序代码:
# 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;
// 打开动态库
void *handle = dlopen("./lib.so", RTLD_NOW);
if (handle)
{
// 查找动态库中的函数
pfunc func = (pfunc) dlsym(handle, "func_in_lib");
if (func)
{
b = func(a);
printf("b = %d \n", b);
}
else
{
printf("dlsym failed! \n");
}
dlclose(handle);
}
else
{
printf("dlopen failed! \n");
}
return 0;
}
从代码中可以看到，张三预先知道我肚子里的这个函数名称是 func_in_lib，所以他使用了系统函数 dlsym(handle, "func_in_lib"); 来找到这个函数在内存中的加载地址，然后就可以直接调用这个函数了。
张三编译得到可执行文件 main 之后，执行结果完全正确，很开心!
可是有一天，我遇到一件烦人的事情，我的主人说：你这个服务函数的计算过程太单调了，给你找点乐子，你在执行的时候啊，到其他一个外部模块里调用一个函数。
话刚说完，就丢给我一个函数名：void func_in_main(void);。
也就是说，我需要在我的服务函数中，去调用其他模块里的函数，就像下面这样：
#include <stdio.h>
// 外部函数声明
void func_in_main(void);
int func_in_lib(int k)
{
printf("func_in_lib is called \n");
// 调用外部函数
func_in_main();
return k + 1;
}
那么这个函数在哪里呢？天哪，我怎么知道这个函数是什么鬼？怎么才能找到它藏在内存的那个角落(地址)里？
不管怎么样，主人修改了代码之后，还是很顺利的把我编译了出来:
$ gcc -m32 -fPIC --shared -o lib.so lib.c
编译指令完全没有变化。
因为我仅仅是一个动态链接库，这个时候即使我不知道 func_in_main 函数的地址，也是可以编译成功的。
只不过我要把这个家伙标记一下：谁要是想使用我，就必须告诉我这个家伙的地址在哪里！，否则就别怪我耍赖。
我的主人对张三说：兄弟，我的这个动态链接库升级了，功能更强大哦，想不想试一下？
张三心想：我是使用 dlopen 的方式来动态加载动态库文件的，不需要对可执行程序重新编译或者链接，直接运行就完事了！
于是他二话不说，直接就把我拿过去，丢在他的可执行程序目录下，然后执行 main 程序。
可是这一次，他看到的结果却是：
dlopen failed!
为什么会加载失败呢？上次明明是正常执行的！张三一脸懵逼！
其实，这压根就不能怪我！以为我刚才就说了：谁要是想使用我，就必须告诉我 func_in_main 这个函数的地址在哪里！
可是在张三的这个进程里，我到处都找不到这个函数的地址。既然你没法满足我，那我就没法满足你！
张三这下也没辙了，只要找我的主人算账：我的应用程序代码一丝一毫都没有动，怎么换了你给的新动态链接库就不行了呢？
主人慢条斯理的回答：疏忽了，疏忽了，忘记跟你说一件事情了：这个动态库啊，它需要你多做一件事情：在你的程序中提供一个名为 func_in_main 的函数，这样就可以了。
张三一想：这个好办，加一个函数就是了。
因为这个可执行程序只有一个 main.c 文件，于是他在其中新加了一个函数：
void func_in_main(void)
{
printf("func_in_main \n");
}
然后就开始编译、执行，一顿操作猛如虎：
# gcc -m32 -o main main.c -ldl
# ./main
dlopen failed!
咦？怎么还是失败？！已经按照要求加了 func_in_main 这个函数了啊？！
这个傻X张三，对，你确实是在 main.c 中加了这个函数，但是你仅仅是加在你的可执行程序中的，但是我却压根就看不到这个函数啊！
不信的话，你检查一下编译出来的可执行程序中，是否把 func_in_main 这个符号导出来了？如果不导出来，我怎么能看到？
# 查看导出的符号表
$ objdump -e main -T | grep func_in_main
# 这里输出为空
既然输出为空，就说明没有导出来！这个就不用我教你了吧？
茴香豆的“茴”字，一共有四种写法。。。
哦，不，导出符号，一共有两种方式：
方式1：导出所有的符号
$ gcc -m32 -rdynamic -o main main.c -ldl
当然，下面这个指令也可以：
gcc -m32 -Wl,--export-dynamic -o main main.c -ldl
方式2：导出指定的符号
先定义一个文件，把需要导出的符号全部罗列出来：
文件：exported.txt
{
extern "C"
{
func_in_main;
};
};
然后，在编译选项中指定这个导出文件：
gcc -m32 -Wl,-dynamic-list=./exported.txt -o main main.c -ldl
使用以上两种方式的任意一种即可，编译之后，再使用 objdump 指令看一下导出符号：
$ objdump -e main -T | grep func_in_main
080485bb g DF .text00000019 Base func_in_main
嗯，很好很好！张三赶紧按照这样的方式操作了一下，果真成功执行了函数！
$ ./main
func_in_lib is called
func_in_main
b = 2
也就是说，在我的动态库文件中，正确的找到了外部其他模块中的函数地址，并且愉快的执行成功了！
虽然执行成功了，张三的心里隐隐约约的仍然有一丝不爽的感觉，每次编译都要导出符号，真麻烦，能不能优化一下？
于是他找到我的主人，表达了自己的不满。
主人一瞧，有个性！既然你不想提供，那我就满足你：
首先，在动态库中提供一个默认的函数实现(func_in_main_def);
然后，再提供一个专门的注册函数(register_func)，如果外部模块想提供 func_in_main 这个函数，就调用注册函数注册进来；
此时，lib.c 最新的代码就变成这个样子了：
#include <stdio.h>
// 默认实现
void func_in_main_def(void)
{
printf("the main is lazy, do NOT register me! \n");
}
// 定义外部函数指针
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 \n");
if (func_in_main)
func_in_main();
return k + 1;
}
然后编译，全新的我再一次诞生了 lib.so：
gcc -m32 -fPIC --shared -o lib.so lib.c
主人把我丢给张三的时候说：好了，满足你的需求，这一次你不用提供 func_in_main 这个函数了，当然也就不用再导出符号了。
不过，如果如果有一天，你改变了注意，又想提供这个函数了，那么你就要通过动态库中的 register_func 函数，把你的函数注册进来。
Have you got it？赶紧再去试一下！
这个时候，张三再次使用我的时候，就不需要导出他的 main.c 里的那个函数 func_in_main 了，实际上他可以把这个函数从代码中删掉！
编译、执行，张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，结果看起来是正确的。
咦？怎么多了一行字：the main is lazy, do NOT register me!
难道是在质疑我的技术能力吗？好吧，既然如此，我也满足你，不就是注册一个函数嘛，简单：
// 文件: main.c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>
typedef int (*pfunc)(int);
typedef int (*pregister)(void (*)());
// 控制注册函数的宏定义
#define REG_FUNC
#ifdef REG_FUNC
void func_in_main(void)
{
printf("func_in_main \n");
}
#endif
int main(int argc, char *agv[])
{
int a = 1;
int b;
// 打开动态库
void *handle = dlopen("./lib.so", RTLD_NOW);
if (handle)
{
#ifdef REG_FUNC
// 查找动态库中的注册函数
pregister register_func = (pregister) dlsym(handle, "register_func");
if (register_func)
{
register_func(func_in_main);
}
#endif
// 查找动态库中的函数
pfunc func = (pfunc) dlsym(handle, "func_in_lib");
if (func)
{
b = func(a);
printf("b = %d \n", b);
}
else
{
printf("dlsym failed! \n");
}
dlclose(handle);
}
else
{
printf("dlopen failed! \n");
}
return 0;
}
然后编译、执行：
$ gcc -m32 -o main main.c -ldl
$ ./main
func_in_lib is called
func_in_main
b = 2
完美收官！
PS：很多平台级的代码，例如一些工控领域的运行时(Runtime)软件，大部分都是通过注册的方式，来把平台代码、用户代码进行连接、绑定的。- EOF -
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