Памятка по компиляции shared libraries

Для начала код разделяемых библиотек (три файла: foo.h, foo1.cpp, foo2.cpp):

// foo.h #ifndef foo_h__ #define foo_h__ extern "C" __attribute__ ((visibility("default"))) void foo(void); #endif // foo_h__ // foo1.cpp #include <stdio.h> #include "foo.h" __attribute__((constructor)) void foo_init() { puts("Init shared library 1"); } __attribute__((destructor)) void foo_deinit() { puts("Deinit shared library 1"); } void foo(void) { puts("Hello, I'm a shared library 1"); } // foo2.cpp #include <stdio.h> #include "foo.h" __attribute__((constructor)) void foo_init() { puts("Init shared library 2"); } __attribute__((destructor)) void foo_deinit() { puts("Deinit shared library 2"); } void foo(void) { puts("Hello, I'm a shared library 2"); }

Теперь код, загружающий библиотеки и использующий их функционал (main.cpp):

#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>
 
//gcc -o main main.cpp -ldl
 
int main() 
{    
    void *h1, *h2;
    // define function prototype
    typedef void (*foo_fn_ptr)(void);     
    // function pointers
    foo_fn_ptr foo1, foo2; 
    char *error;
 
    // open first library
    h1 = dlopen ("./libfoo1.so", RTLD_LAZY);
    if(!h1)
    {
        fputs(dlerror(), stderr);
        puts("");
        return 1;
    }
 
    // get function from first lib
    foo1 = (foo_fn_ptr) dlsym(h1, "foo");
    error = dlerror();
    if (error) 
    {
        puts(error);
        return 1;
    }
 
    // use function
    foo1();
 
    // load second lib
    h2 = dlopen ("./libfoo2.so", RTLD_LAZY);
    if(!h2)
    {
        fputs(dlerror(), stderr);
        puts("");
        return 1;
    }
 
    // get function from second lib
    foo2 = (foo_fn_ptr) dlsym(h2, "foo");
    error = dlerror();
    if (error) 
    {
        puts(error);
        return 1;
    }
 
    // use function
    foo2();
 
    // unload libraries
    dlclose(h1);
    dlclose(h2);
 
    return 0;
}

Как все это собирать. Сначала соберем наши shared objects:

gcc -Wall -Werror -o libfoo1.so -shared -fpic foo1.cpp
gcc -Wall -Werror -o libfoo2.so -shared -fpic foo2.cpp

Теперь соберем наш исполняемый файл, который загружает и использует эти библиотеки:

gcc -o main main.cpp -ldl

У нас все собрано и готово, надо только добавить папку, где лежат наши библиотеки в список путей, откуда их можно загружать:

export LD_LIBRARY_PATH=$PWD

Теперь можно запустить:

./main 
Hello world!
Init shared library 1
Hello, I'm a shared library 1
Init shared library 2
Hello, I'm a shared library 2
Deinit shared library 1
Deinit shared library 2

Ниже пояснения.

Код библиотек.
Зачем нам нужен extern "C"? Строго говоря, не нужен, потому что по умолчанию GCC (нынешняя версия, по крайней мере), экспортирует все функции и они доступны для использования, но есть один нюанс. Можно закомментировать эту строчку, пересобрать библиотеку и вместо увидеть ошибку "./libfoo2.so: undefined symbol: foo". То есть функция dlsym не находит символа "foo" в библиотеке, хотя мы точно знаем, что он там есть. С помощью nm мы просмотрим таблицу экспорта нашей библиотеки:

$ nm -D ./libfoo2.so
0000000000201028 B __bss_start
                 w __cxa_finalize
0000000000201028 D _edata
0000000000201030 B _end
00000000000006b4 T _fini
                 w __gmon_start__
0000000000000548 T _init
                 w _ITM_deregisterTMCloneTable
                 w _ITM_registerTMCloneTable
                 w _Jv_RegisterClasses
                 U puts

0000000000000733 T _Z10foo_deinitv
0000000000000720 T _Z8foo_initv


00000000000006a0 T _Z3foov
$ 

Вот эта последняя строчка "_Z3foov" и есть имя нашей экспортированной функции и это очевидно не то же самое, что "foo". Теперь раскомментируем строчку extern "C", пересоберем библиотеку и запустим nm еще раз:

$ nm -D ./libfoo2.so
0000000000201028 B __bss_start
                 w __cxa_finalize
0000000000201028 D _edata
0000000000201030 B _end
000000000000075c T _fini
0000000000000746 T foo
                 w __gmon_start__
00000000000005d0 T _init
                 w _ITM_deregisterTMCloneTable
                 w _ITM_registerTMCloneTable
                 w _Jv_RegisterClasses
                 U puts
0000000000000733 T _Z10foo_deinitv
0000000000000720 T _Z8foo_initv
$ 

Теперь мы видим "foo" и у нас все опять работает:

./main 
Hello world!
Init shared library 1
Hello, I'm a shared library 1
Init shared library 2
Hello, I'm a shared library 2
Deinit shared library 1
Deinit shared library 2

Это все связано с правилами наименования экспортируемых функций, можо погуглить "name mangling", а extern "C" принудительно заставляет компилятор именовать функции по простым и ясным правилам языка C.
Что же насчет __attribute__ ((visibility("default"))), то по умолчанию все функции и так имеют видимость default, но, во избежание всяких неожиданностей типа нестандартных флагов компилятора, мы добавляем этот флаг в каждую экспортируемую функцию.

Сборка библиотек.
Компилируем и создаем из объектного файла shared object двумя отдельными командами.
Компиляция:

gcc -c -Wall -Werror -fpic foo1.cpp

Все нюансы тут состоят в использовании флага pic (Position Independent Code), что необходимо для динамически загружаемых библиотек (статические библиотеки не нуждаются в таком флаге).

Сборка происходит так:

gcc -shared -o libfoo1.so foo1.o

gcc -Wall -Werror -o libfoo1.so -shared -fpic foo1.cpp

тут используется специальный флаг shared для создания динамических библиотек. То же самое одной командой:

gcc -Wall -Werror -o libfoo1.so -shared -fpic foo1.cpp

Сборка main.

Все как обычно, но линкуем библиотеку dl, которая содержит dlopen, dlsym, dlclose и прочие фукции:

gcc -o main main.cpp -ldl

Настройка окружения и запуск.

В linux библиотеки лежат в строго определенных местах и откуда-то еще их загрузить не получится (в отличии от Windows), поэтому, когда мы запустим программу в первый раз, мы увидим что-то такое:

$ ./main 
./libfoo1.so: cannot open shared object file: No such file or directory
$ 

Чтобы добавить новый путь, делаем следующее:

export LD_LIBRARY_PATH=$PWD

В bash переменная окружения PWD хранит текущую папку. Теперь все работает.

Ссылки:
http://www.cprogramming.com/tutorial/shared-libraries-linux-gcc.html
http://www.tldp.org/HOWTO/Program-Library-HOWTO/shared-libraries.html
http://www.keil.com/support/man/docs/armcc/armcc_chr1359124983511.htm
https://www.cyberciti.biz/faq/linux-list-all-environment-variables-env-command/
http://www.cprogramming.com/tutorial/function-pointers.html
http://www.microhowto.info/howto/build_a_shared_library_using_gcc.html