深入分析Windows和Linux動態庫應用異同 

摘要：動態鏈接庫技術實現和設計程序常用的技術，在Windows和Linux系統中都有動態庫的概念，采用動態庫可以有效的減少程序大小，節省空間，提高效率，增加程序的可擴展性，便于模塊化管理。

但不同操作系統的動態庫由于格式 不同，在需要不同操作系統調用時需要進行動態庫程序移植。本文分析和比較了兩種操作系統動態庫技術，并給出了將Visual C++編制的動態庫移植到Linux上的方法和經驗。

1、引言

動態庫（Dynamic Link Library abbr，DLL）技術是程序設計中經常采用的技術。其目的減少程序的大小，節省空間，提高效率，具有很高的靈活性。

采用動態庫技術對于升級軟件版本更加容易。與靜態庫（Static Link Library）不同，動態庫里面的函數不是執行程序本身的一部分，而是根據執行需要按需載入，其執行代碼可以同時在多個程序中共享。

在Windows和Linux操作系統中，都可采用這種方式進行軟件設計，但他們的調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中通常采用的動態庫調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，最后根據實際移植程序經驗，介紹了將VC++編制的Windows動態庫移植到Linux下的方法。

2、動態庫技術

2.1 Windows動態庫技術

動態鏈接庫是實現Windows應用程序共享資源、節省內存空間、提高使用效率的一個重要技術手段。常見的動態庫包含外部函數和資源，也有一些動態庫只包含資源，如Windows字體資源文件，稱之為資源動態鏈接庫。通常動態庫以.dll，.drv、.fon等作為后綴。

相應的windows靜態庫通常以.lib結尾，Windows自己就將一些主要的系統功能以動態庫模塊的形式實現。

Windows動態庫在運行時被系統加載到進程的虛擬空間中，使用從調用進程的虛擬地址空間分配的內存，成為調用進程的一部分。DLL也只能被該進程的線程所訪問。DLL的句柄可以被調用進程使用；調用進程的句柄可以被DLL使用。

DLL模塊中包含各種導出函數，用于向外界提供服務。DLL可以有自己的數據段，但沒有自己的堆棧，使用與調用它的應用程序相同的堆棧模式；一個DLL在內存中只有一個實例；DLL實現了代碼封裝性；DLL的編制與具體的編程語言及編譯器無關，可以通過DLL來實現混合語言編程。DLL函數中的代碼所創建的任何對象（包括變量）都歸調用它的線程或進程所有。

根據調用方式的不同，對動態庫的調用可分為靜態調用方式和動態調用方式。

(1)靜態調用，也稱為隱式調用，由編譯系統完成對DLL的加載和應用程序結束時DLL卸載的編碼（Windows系統負責對DLL調用次數的計數），調用方式簡單，能夠滿足通常的要求。通常采用的調用方式是把產生動態連接庫時產生的.LIB文件加入到應用程序的工程中，想使用DLL中的函數時，只須在源文件中聲明一下。

LIB文件包含了每一個DLL導出函數的符號名和可選擇的標識號以及DLL文件名，不含有實際的代碼。Lib文件包含的信息進入到生成的應用程序中，被調用的DLL文件會在應用程序加載時同時加載在到內存中。

(2)動態調用，即顯式調用方式，是由編程者用API函數加載和卸載DLL來達到調用DLL的目的，比較復雜，但能更加有效地使用內存，是編制大型應用程序時的重要方式。在Windows系統中，與動態庫調用有關的函數包括：

①LoadLibrary（或MFC 的AfxLoadLibrary），裝載動態庫。

②GetProcAddress，獲取要引入的函數，將符號名或標識號轉換為DLL內部地址。

③FreeLibrary（或MFC的AfxFreeLibrary），釋放動態鏈接庫。

在windows中創建動態庫也非常方便和簡單。在Visual C++中，可以創建不用MFC而直接用C語言寫的DLL程序，也可以創建基于MFC類庫的DLL程序。每一個DLL必須有一個入口點，在VC++中，DllMain是一個缺省的入口函數。DllMain負責初始化(Initialization)和結束(Termination)工作。

動態庫輸出函數也有兩種約定，分別是基于調用約定和名字修飾約定。DLL程序定義的函數分為內部函數和導出函數，動態庫導出的函數供其它程序模塊調用。通常可以有下面幾種方法導出函數：

①采用模塊定義文件的EXPORT部分指定要輸入的函數或者變量。

②使用MFC提供的修飾符號_declspec(dllexport)。

③以命令行方式，采用/EXPORT命令行輸出有關函數。

在windows動態庫中，有時需要編寫模塊定義文件(.DEF)，它是用于描述DLL屬性的模塊語句組成的文本文件。

2.2 Linux共享對象技術

在Linux操作系統中，采用了很多共享對象技術（Shared Object），雖然它和Windows里的動態庫相對應，但它并不稱為動態庫。相應的共享對象文件以.so作為后綴，為了方便，在本文中，對該概念不進行專門區分。Linux系統的/lib以及標準圖形界面的/usr/X11R6/lib等目錄里面，就有許多以so結尾的共享對象。

同樣，在Linux下，也有靜態函數庫這種調用方式，相應的后綴以.a結束。Linux采用該共享對象技術以方便程序間共享，節省程序占有空間，增加程序的可擴展性和靈活性。Linux還可以通過LD-PRELOAD變量讓開發人員可以使用自己的程序庫中的模塊來替換系統模塊。

同Windows系統一樣，在Linux中創建和使用動態庫是比較容易的事情，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就是動態鏈接庫。通常這樣的程序以so為后綴，在Linux動態庫程序設計過程中，通常流程是編寫用戶的接口文件，通常是.h文件，編寫實際的函數文件，以.c或.cpp為后綴，再編寫makefile文件。對于較小的動態庫程序可以不用如此，但這樣設計使程序更加合理。

編譯生成動態連接庫后，進而可以在程序中進行調用。在Linux中，可以采用多種調用方式，同Windows的系統目錄(..\system32等)一樣，可以將動態庫文件拷貝到/lib目錄或者在/lib目錄里面建立符號連接，以便所有用戶使用。

下面介紹Linux調用動態庫經常使用的函數，但在使用動態庫時，源程序必須包含dlfcn.h頭文件，該文件定義調用動態鏈接庫的函數的原型。

(1)_打開動態鏈接庫：dlopen，函數原型void *dlopen (const char *filename, int flag); dlopen用于打開指定名字(filename)的動態鏈接庫，并返回操作句柄。

(2)取函數執行地址：dlsym，函數原型為: 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。

(3)關閉動態鏈接庫：dlclose，函數原型為: int dlclose (void *handle); dlclose用于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為0時,才會真正被系統卸載。

(4)動態庫錯誤函數：dlerror，函數原型為: 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，返回值為NULL時表示操作函數執行成功。

在取到函數執行地址后，就可以在動態庫的使用程序里面根據動態庫提供的函數接口聲明調用動態庫里面的函數。在編寫調用動態庫的程序的makefile文件時，需要加入編譯選項-rdynamic和-ldl。