Разработка статических и динамических библиотек на языке программирования С/C++ в операционных системах UNIX (стр. 3 из 3)
olya:~# ldconfig
olya:~# ./rezultdyn
f1() = 25
f2() = 10
olya:~#
Как видите все заработало. Если теперь удалить добавленную нами строку и снова запустите ldconfig, то данные о расположении нашей библиотеки исчезнут и будет появляться таже самая ошибка.
Но описанный метод влияет на всю систему в целом и требует доступа администратора системы, т.е. root. А если Вы простой пользователь без сверх возможностей ?!
Для такого случая есть другое безболезненное решение. Это использование специальной переменной среды LD_LIBRARY_PATH, в которой перечисляются все каталоги содержащие пользовательские динамические библиотеки. Для того, чтобы установить эту переменную в командной среде bash надо набрать всего несколько команд. Для начала посмотрим есть ли у нас такая переменная среды:
olya:~# echo $LD_LIBRARY_PATH
У меня в ответ выводится пустая строка, означающая, что такой переменной среды нет. Устанавливается она следующим образом:
olya:~# LD_LIBRARY_PATH=/root
olya:~# export LD_LIBRARY_PATH
После этого программа rezultdyn будет прекрасно работать. В случае, если в системе эта переменная среды уже уставновлена, то, чтобы не испортить ее значение, надо новый каталог прибавить к старому значению. Делается это другой командой:
olya:~# LD_LIBRARY_PATH=/root:${LD_LIBRARY_PATH}
olya:~# export LD_LIBRARY_PATH
Если обнулить эту переменную, то снова библиотека перестанет работать:
olya:~# LD_LIBRARY_PATH=""
olya:~# export LD_LIBRARY_PATH
olya:~# ./rezultdyn
./rezultdyn: error in loading shared libraries: libfsdyn.so: cannot open
shared object file: No such file or directory
olya:~#
Также параллельно можно зайти в систему под другим пользователем или даже тем же самым, но если просмотреть значение LD_LIBRARY_PATH, то увидим ее прежнее значение. Это означает, что два разных пользователя Linux не могут влиять на работу друг друга, а это и есть самое главное хорошее отличие систем Unix от большинства других систем.
4 Создание динамических библиотек
4.1 Функции работы с динамическими библиотеками
Оказывается, что использовать динамические библиотеки можно не только в начале загрузки, но и в процессе самой работы программы. Программа сама может вызывать любые функции из библиотеки, когда ей захочется. Для этого всего-лишь надо использовать библиотеку dl, которая позволяет линковать библиотеки "на лету". Она управляет загрузкой динамических библиотек, вызовом функций из них и выгрузкой после конца работы.
Для использования функций программной работы с динамическими библиотеками необходимо подключить заголовочный файл:
#include <dlfcn.h>
Чтобы вызывать какие-то функции из динамической библиотеки сначала надо открыть эту библиотеку (можно сказать "загрузить"). Открывается она функцией:
void *dlopen (const char *filename, int flag);
Параметр filename содержит путь до требуемой библиотеки, а параметр flag задает некоторые специфические флаги для работы. Функция возвращает указатель на загруженную библиотеку. В случае любой ошибки возвращается указатель NULL. В таком случае тест ошибки понятный человеку можно получить с помощью функции dlerror(). Пока мы не будем задумываться над этим, и я приведу стандартный код для открытия библиотеки:
void *library_handler;
//......
//загрузка библиотеки
library_handler = dlopen("/path/to/the/library.so",RTLD_LAZY);
if (!library_handler){
//если ошибка, то вывести ее на экран
fprintf(stderr,"dlopen() error: %s\n", dlerror());
exit(1); // в случае ошибки можно, например, закончить работу программы
};
После этого можно работать с библиотекой. А работа эта заключается в получении адреса требуемой функции из библиотеки. Получить адрес функции или переменной можно по ее имени с помощью функции:
void *dlsym(void *handle, char *symbol);
Для этой функции требуется адрес загруженной библиотеки handle, полученный при открытии функцией dlopen(). Требуемая функция или переменная задается своим именем в переменной symbol.
Закрывается библиотека функцией:
dlclose(void *handle);
При закрытии библиотеки динамический линковщик проверяет счетчик количества открытий библиотеки, и если она была открыта несколькими программами одновременно, то она не выгружается до тех пор, пока все программы не закроют эту библиотеку.
Для примера создадим программу, которая в качестве параметра получает название функции, которую она будет использовать в работе. Например, это будут математические функции возведения в степень. Создадим сначала динамическую библиотеку. Пишем ее код:
double power2(double x){
return x*x;
};
double power3(double x){
return x*x*x;
};
double power4(double x){
return power2(x)*power2(x);
};
//......
Сохраняем его в файл lib.c и создаем динамическую библиотеку libpowers.so следующими командами:
olya:~# gcc -fPIC -c lib.c
olya:~# gcc -shared lib.o -o libpowers.so
Теперь создаем основную программу в файле main.c:
#include <stdio.h>
/* заголовочный файл для работы с динамическими библиотеками */
#include <dlfcn.h>
int main(int argc, char* argv[]){
void *ext_library;// хандлер внешней библиотеки
double value=0;// значение для теста
double (*powerfunc)(double x);// переменная для хранения адреса функции
//загрузка библиотеки
ext_library = dlopen("/root/libpowers.so",RTLD_LAZY);
if (!ext_library){
//если ошибка, то вывести ее на экран
fprintf(stderr,"dlopen() error: %s\n", dlerror());
return 1;
};
//загружаем из библиотеки требуемую процедуру
powerfunc = dlsym(ext_library, argv[1]);
value=3.0;
//выводим результат работы процедуры
printf("%s(%f) = %f\n",argv[1],value,(*powerfunc)(value));
//закрываем библиотеку
dlclose(ext_library);
};
Код главной программы готов. Требуется его откомпилировать с использованием библиотеки dl:
olya:~# gcc main.c -o main -ldl
Получим программный файл main, который можно тестировать. Наша программа должна возводить значение 3.0 в требуемую нами степень, которая задается названием функции. Давайте попробуем:
olya:~# ./main power2
power2(3.000000) = 9.000000
olya:~# ./main power3
power3(3.000000) = 27.000000
olya:~# ./main power4
power4(3.000000) = 81.000000
olya:~#
Мы используем функции, зная лишь их название. Представьте открывающиеся возможности для программ, на основе этого метода можно создавать плагины для программ, модернизировать какие-то части, добавлять новые возможности и многое другое.
4.2 Создание динамической библиотеки для решения системы линейных уравнений
В качестве примера использования динамических библиотек напишем программу для решения системы линейных уравнений.
Пусть система имеет вид:
a11*x1+a12*x2=b1;
a21*x1+a22*x2=b2;
Решение этой системы находим через обратную матрицу A-1.
A*X=B
X=A-1*B
; 
; 
; 
;Программа в качестве параметров принимает значение коефициентов системы и название функции, которую она использует.
Создадим динамическую библиотеку:
Так как функция возвращает два результата x1 и x2 в программе будем использовать структуру.
"mytype.h" :
struct DPair {
double first;
double second;
};
Struct DPair (*powerfunc)(double,double,double,double,double,double);
"libsysur.c" :
#include "mytype.h"
struct DPair sys2(double a11, double a12,double a21, double a22,double b1, double b2){
//nahodim opredelitel sistemy
struct DPair dPair;
double opr=a11*a22-a12*a21;
if (opr!=0) {
double ao11=a22; double ao12=-a21;
double ao21=-a12; double ao22=a11;
dPair.first=(ao11*b1+ao21*b2)/opr;
dPair.second=(ao12*b1+ao22*b2)/opr;
}
return dPair;
}
Создаем динамическую библиотеку libsysur.so следующими командами:
bash-3.00# gcc -fPIC -c libsysur.c
bash-3.00# gcc -shared libsysur.o -o libsysur.so
Создаем основную программу:
"sysur.c" :
#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>
#include "mytype.h"
int main(int argc, char* argv[]){
void *ext_library; //хандлер внешней функции
double a11;double a12; double a21; double a22;
double b1; double b2;
double (*powerfunc)(double a11,double a12, double a21, double a22,double b1, double b2);//переменная, для хранения адреса функции
//загрузка библиотеки
ext_library=dlopen("/root/dynamik/libsysur.so",RTLD_LAZY);
if (!ext_library){
//если ошибка, вывести на экран
fprintf(stderr,"dlopen() error: %s\n", dlerror());
return 1;
};
//загружаем из библиотеки требуемую процедуру
powerfunc=dlsym(ext_library, argv[1]); //получаем адрес требуемой функции
//ext_library-адрес загруженной библ.
//argv-требуемая функция или переменная
printf("Vvedite a11 a12 :");
scanf("%lf %lf",&a11,&a12);
printf("Vvedite a21 a22 :");
scanf("%lf %lf",&a21,&a22);
printf("Vvedite b1, b2 :");
scanf("%lf %lf",&b1,&b2);
struct DPair sq=(*powerfunc)(a11,a12,a21,a22,b1,b2);
printf("x1=%lf\n, x2=%d\lf",sq.first,sq.second);
//выводим результат работы процедуры
//закрываем библиотеку
dlclose(ext_library);
};
Компилируем код главной программы:
bash -3.00# gcc sysur.c -o sysur -ldl
Выводы
В курсовой работе были рассмотрены рассмотрены вопросы разработки статических и динамических библиотек на языке программирования С/C++ в операционных системах UNIX.
Использование библиотеки позволяет компактно хранить все требуемые объектные файлы в одном месте, и при этом значительно повысить скорость компиляции.
Объектные библиотеки по способу использования разделяются на статические и динамические библиотеки
Статическая библиотека - это коллекция объектных файлов, которые присоединяются к программе во время линковки программы. В работе самой программы статические библиотеки они не принимают участие, в отличие от динамических библиотек.
В динамической библиотеке объектные файлы из библиотеки не присоединяются к программе. Присоединение этих объектных файлов осуществляет системный динамический загрузчик во время запуска программы. Загрузчик проверяет все библиотеки прилинкованные с программе на наличие требуемых объектных файлов, затем загружает их в память и присоединяет их в копии запущенной программы, находящейся в памяти.
Динамические библиотеки немного лучше статических, но их использование более сложное. Так как динамическая библиотека это уже не архивный файл, а настоящая загружаемая программа
Список использований литературы
1. http://club.shelek.com/
2. http://helpsite.narod.ru/
3. http://myforum.net.ua/index.php?
4. http://ishodniki.ru/
5. Робин Бурк и др. Unix для системных администраторов.Энциклопедия пользователя. - Киев 1998. - 864с.