深入分析Windows和Linux動(dòng)態(tài)庫(kù)應(yīng)用異同 

摘要：動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)和設(shè)計(jì)程序常用的技術(shù)，在Windows和Linux系統(tǒng)中都有動(dòng)態(tài)庫(kù)的概念，采用動(dòng)態(tài)庫(kù)可以有效的減少程序大小，節(jié)省空間，提高效率，增加程序的可擴(kuò)展性，便于模塊化管理。

但不同操作系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)庫(kù)由于格式 不同，在需要不同操作系統(tǒng)調(diào)用時(shí)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)庫(kù)程序移植。本文分析和比較了兩種操作系統(tǒng)動(dòng)態(tài)庫(kù)技術(shù)，并給出了將Visual C++編制的動(dòng)態(tài)庫(kù)移植到Linux上的方法和經(jīng)驗(yàn)。

1、引言

動(dòng)態(tài)庫(kù)（Dynamic Link Library abbr，DLL）技術(shù)是程序設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的技術(shù)。其目的減少程序的大小，節(jié)省空間，提高效率，具有很高的靈活性。

采用動(dòng)態(tài)庫(kù)技術(shù)對(duì)于升級(jí)軟件版本更加容易。與靜態(tài)庫(kù)（Static Link Library）不同，動(dòng)態(tài)庫(kù)里面的函數(shù)不是執(zhí)行程序本身的一部分，而是根據(jù)執(zhí)行需要按需載入，其執(zhí)行代碼可以同時(shí)在多個(gè)程序中共享。

在Windows和Linux操作系統(tǒng)中，都可采用這種方式進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，但他們的調(diào)用方式以及程序編制方式不盡相同。本文首先分析了在這兩種操作系統(tǒng)中通常采用的動(dòng)態(tài)庫(kù)調(diào)用方法以及程序編制方式，然后分析比較了這兩種方式的不同之處，最后根據(jù)實(shí)際移植程序經(jīng)驗(yàn)，介紹了將VC++編制的Windows動(dòng)態(tài)庫(kù)移植到Linux下的方法。

2、動(dòng)態(tài)庫(kù)技術(shù)

2.1 Windows動(dòng)態(tài)庫(kù)技術(shù)

動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是實(shí)現(xiàn)Windows應(yīng)用程序共享資源、節(jié)省內(nèi)存空間、提高使用效率的一個(gè)重要技術(shù)手段。常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)庫(kù)包含外部函數(shù)和資源，也有一些動(dòng)態(tài)庫(kù)只包含資源，如Windows字體資源文件，稱(chēng)之為資源動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。通常動(dòng)態(tài)庫(kù)以.dll，.drv、.fon等作為后綴。

相應(yīng)的windows靜態(tài)庫(kù)通常以.lib結(jié)尾，Windows自己就將一些主要的系統(tǒng)功能以動(dòng)態(tài)庫(kù)模塊的形式實(shí)現(xiàn)。

Windows動(dòng)態(tài)庫(kù)在運(yùn)行時(shí)被系統(tǒng)加載到進(jìn)程的虛擬空間中，使用從調(diào)用進(jìn)程的虛擬地址空間分配的內(nèi)存，成為調(diào)用進(jìn)程的一部分。DLL也只能被該進(jìn)程的線程所訪問(wèn)。DLL的句柄可以被調(diào)用進(jìn)程使用；調(diào)用進(jìn)程的句柄可以被DLL使用。

DLL模塊中包含各種導(dǎo)出函數(shù)，用于向外界提供服務(wù)。DLL可以有自己的數(shù)據(jù)段，但沒(méi)有自己的堆棧，使用與調(diào)用它的應(yīng)用程序相同的堆棧模式；一個(gè)DLL在內(nèi)存中只有一個(gè)實(shí)例；DLL實(shí)現(xiàn)了代碼封裝性；DLL的編制與具體的編程語(yǔ)言及編譯器無(wú)關(guān)，可以通過(guò)DLL來(lái)實(shí)現(xiàn)混合語(yǔ)言編程。DLL函數(shù)中的代碼所創(chuàng)建的任何對(duì)象（包括變量）都?xì)w調(diào)用它的線程或進(jìn)程所有。

根據(jù)調(diào)用方式的不同，對(duì)動(dòng)態(tài)庫(kù)的調(diào)用可分為靜態(tài)調(diào)用方式和動(dòng)態(tài)調(diào)用方式。

(1)靜態(tài)調(diào)用，也稱(chēng)為隱式調(diào)用，由編譯系統(tǒng)完成對(duì)DLL的加載和應(yīng)用程序結(jié)束時(shí)DLL卸載的編碼（Windows系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)DLL調(diào)用次數(shù)的計(jì)數(shù)），調(diào)用方式簡(jiǎn)單，能夠滿足通常的要求。通常采用的調(diào)用方式是把產(chǎn)生動(dòng)態(tài)連接庫(kù)時(shí)產(chǎn)生的.LIB文件加入到應(yīng)用程序的工程中，想使用DLL中的函數(shù)時(shí)，只須在源文件中聲明一下。

LIB文件包含了每一個(gè)DLL導(dǎo)出函數(shù)的符號(hào)名和可選擇的標(biāo)識(shí)號(hào)以及DLL文件名，不含有實(shí)際的代碼。Lib文件包含的信息進(jìn)入到生成的應(yīng)用程序中，被調(diào)用的DLL文件會(huì)在應(yīng)用程序加載時(shí)同時(shí)加載在到內(nèi)存中。

(2)動(dòng)態(tài)調(diào)用，即顯式調(diào)用方式，是由編程者用API函數(shù)加載和卸載DLL來(lái)達(dá)到調(diào)用DLL的目的，比較復(fù)雜，但能更加有效地使用內(nèi)存，是編制大型應(yīng)用程序時(shí)的重要方式。在Windows系統(tǒng)中，與動(dòng)態(tài)庫(kù)調(diào)用有關(guān)的函數(shù)包括：

①LoadLibrary（或MFC 的AfxLoadLibrary），裝載動(dòng)態(tài)庫(kù)。

②GetProcAddress，獲取要引入的函數(shù)，將符號(hào)名或標(biāo)識(shí)號(hào)轉(zhuǎn)換為DLL內(nèi)部地址。

③FreeLibrary（或MFC的AfxFreeLibrary），釋放動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。

在windows中創(chuàng)建動(dòng)態(tài)庫(kù)也非常方便和簡(jiǎn)單。在Visual C++中，可以創(chuàng)建不用MFC而直接用C語(yǔ)言寫(xiě)的DLL程序，也可以創(chuàng)建基于MFC類(lèi)庫(kù)的DLL程序。每一個(gè)DLL必須有一個(gè)入口點(diǎn)，在VC++中，DllMain是一個(gè)缺省的入口函數(shù)。DllMain負(fù)責(zé)初始化(Initialization)和結(jié)束(Termination)工作。

動(dòng)態(tài)庫(kù)輸出函數(shù)也有兩種約定，分別是基于調(diào)用約定和名字修飾約定。DLL程序定義的函數(shù)分為內(nèi)部函數(shù)和導(dǎo)出函數(shù)，動(dòng)態(tài)庫(kù)導(dǎo)出的函數(shù)供其它程序模塊調(diào)用。通常可以有下面幾種方法導(dǎo)出函數(shù)：

①采用模塊定義文件的EXPORT部分指定要輸入的函數(shù)或者變量。

②使用MFC提供的修飾符號(hào)_declspec(dllexport)。

③以命令行方式，采用/EXPORT命令行輸出有關(guān)函數(shù)。

在windows動(dòng)態(tài)庫(kù)中，有時(shí)需要編寫(xiě)模塊定義文件(.DEF)，它是用于描述DLL屬性的模塊語(yǔ)句組成的文本文件。

2.2 Linux共享對(duì)象技術(shù)

在Linux操作系統(tǒng)中，采用了很多共享對(duì)象技術(shù)（Shared Object），雖然它和Windows里的動(dòng)態(tài)庫(kù)相對(duì)應(yīng)，但它并不稱(chēng)為動(dòng)態(tài)庫(kù)。相應(yīng)的共享對(duì)象文件以.so作為后綴，為了方便，在本文中，對(duì)該概念不進(jìn)行專(zhuān)門(mén)區(qū)分。Linux系統(tǒng)的/lib以及標(biāo)準(zhǔn)圖形界面的/usr/X11R6/lib等目錄里面，就有許多以so結(jié)尾的共享對(duì)象。

同樣，在Linux下，也有靜態(tài)函數(shù)庫(kù)這種調(diào)用方式，相應(yīng)的后綴以.a結(jié)束。Linux采用該共享對(duì)象技術(shù)以方便程序間共享，節(jié)省程序占有空間，增加程序的可擴(kuò)展性和靈活性。Linux還可以通過(guò)LD-PRELOAD變量讓開(kāi)發(fā)人員可以使用自己的程序庫(kù)中的模塊來(lái)替換系統(tǒng)模塊。

同Windows系統(tǒng)一樣，在Linux中創(chuàng)建和使用動(dòng)態(tài)庫(kù)是比較容易的事情，在編譯函數(shù)庫(kù)源程序時(shí)加上-shared選項(xiàng)即可，這樣所生成的執(zhí)行程序就是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。通常這樣的程序以so為后綴，在Linux動(dòng)態(tài)庫(kù)程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常流程是編寫(xiě)用戶的接口文件，通常是.h文件，編寫(xiě)實(shí)際的函數(shù)文件，以.c或.cpp為后綴，再編寫(xiě)makefile文件。對(duì)于較小的動(dòng)態(tài)庫(kù)程序可以不用如此，但這樣設(shè)計(jì)使程序更加合理。

編譯生成動(dòng)態(tài)連接庫(kù)后，進(jìn)而可以在程序中進(jìn)行調(diào)用。在Linux中，可以采用多種調(diào)用方式，同Windows的系統(tǒng)目錄(..\system32等)一樣，可以將動(dòng)態(tài)庫(kù)文件拷貝到/lib目錄或者在/lib目錄里面建立符號(hào)連接，以便所有用戶使用。

下面介紹Linux調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)經(jīng)常使用的函數(shù)，但在使用動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)，源程序必須包含dlfcn.h頭文件，該文件定義調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的函數(shù)的原型。

(1)_打開(kāi)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)：dlopen，函數(shù)原型void *dlopen (const char *filename, int flag); dlopen用于打開(kāi)指定名字(filename)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，并返回操作句柄。

(2)取函數(shù)執(zhí)行地址：dlsym，函數(shù)原型為: void *dlsym(void *handle, char *symbol); dlsym根據(jù)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)操作句柄(handle)與符號(hào)(symbol)，返回符號(hào)對(duì)應(yīng)的函數(shù)的執(zhí)行代碼地址。

(3)關(guān)閉動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)：dlclose，函數(shù)原型為: int dlclose (void *handle); dlclose用于關(guān)閉指定句柄的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，只有當(dāng)此動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的使用計(jì)數(shù)為0時(shí),才會(huì)真正被系統(tǒng)卸載。

(4)動(dòng)態(tài)庫(kù)錯(cuò)誤函數(shù)：dlerror，函數(shù)原型為: const char *dlerror(void); 當(dāng)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)操作函數(shù)執(zhí)行失敗時(shí)，dlerror可以返回出錯(cuò)信息，返回值為NULL時(shí)表示操作函數(shù)執(zhí)行成功。

在取到函數(shù)執(zhí)行地址后，就可以在動(dòng)態(tài)庫(kù)的使用程序里面根據(jù)動(dòng)態(tài)庫(kù)提供的函數(shù)接口聲明調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)里面的函數(shù)。在編寫(xiě)調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)的程序的makefile文件時(shí)，需要加入編譯選項(xiàng)-rdynamic和-ldl。