如何调用通过使用dlopen动态加载共享对象创建的对象的方法

Question

我创建了一个名为libmathClass.so的测试库，将从下面的代码中加载它。这个共享对象有一个类和库调用被创建来返回这个类的对象。 我如何从下面的主要代码中调用这个对象的方法。由于链接器不知道方法的定义，所以我会从ld（链接器）中得到未定义的引用错误。

void* handle;
handle=dlopen("math1/libmathClass.so", RTLD_LAZY);
if(!handle)
{
    cout<<"error loading library: "<<dlerror()<<endl;
    exit(2);
}
else
{
    cout<<"***libmathClass.so library load successful!"<<endl;
}

void* (*mathInit) ();
mathInit = (void* (*)())dlsym(handle, "CreateMathOperationInstance");
if(!mathInit)
{
    cout<<"error loading instance method: "<<dlerror()<<endl;
    exit(3);
}
else
{
    cout<<"***method load successful!"<<endl;
}

mathOperationClass *mathInstance;
auto obj = (*mathInit)();
if(!obj)
{
    cout<<"object is not created"<<endl;
    exit(4);
}
else
{
    cout<<"object created!!!"<<endl;
    mathInstance = reinterpret_cast<mathOperationClass *>(obj);
}


int num1 = atoi(argv[1]);
int num2 = atoi(argv[2]);
cout<< mathInstance->AddInt(num1, num2)<<endl;

我使用的编译命令是 - g++ --std=c++11 -g -o dynamicTest dynamicMain.cpp -ldl

错误信息: dynamicMain.cpp:54: 对 `mathOperationClass::AddInt(int, int)' 的引用未定义 collect2: 错误：ld 返回 1

- user2580634

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你需要链接到定义 mathInstance 的对象，以使用 AddInt() 方法。 - adrtam

你是否将函数名 CreateMathOperationInstance 导出为 extern "C"？如果没有，你需要提供名称的重载版本（不建议这样做）。 - Galik

我将CreateMathOperationInstance导出为extern "C"，它只调用一个静态方法mathOperationClass::CreateInstance() { return new mathOperationClass(); } 并返回对象的指针。 - user2580634

只是一个快速的更新。显然，连接器不知道在运行时加载方法时调用的定义。这个问题的原始意图是想知道是否有其他方法可以使这个工作（调用在共享库中定义的对象方法）。如果上面程序中我调用的方法被定义为虚拟方法，那么这个特定的解决方案就会生效，因为这些方法将具有自己的虚表可供使用，并且链接器不会因为在运行时排序而抱怨未定义的引用。 虚表是C++的福音 :) - user2580634

Answer 1

mathInit = (void* (*)())dlsym(handle, "CreateMathOperationInstance");

在这里，你使用dlsym()函数来查找共享库中的这个符号。这必须是一个具有C链接的函数，因为符号名称没有被重载。这一点很重要，在你看着这行代码时要记住：

cout<< mathInstance->AddInt(num1, num2)<<endl;

在这里，AddInt是由mathInstance指向的类的一个方法。类方法只是另一种函数，除了它始终需要一个隐藏的this指针作为额外参数。这就是类方法的意思，换句话说，在典型的C++实现中，实际上情况就是如此。严格来说，C++并不要求必须这样做。C++实现可以自由地以任何产生符合C++规范结果的方式来实现方法。但在实际情况下，在典型的C++实现中，类方法实际上就是带有额外参数的函数，该参数被引用为this。

因此，某种程度上，上面的行与以下行基本等效：

cout<< mathOperationClass::AddInt(mathInstance, num1, num2)<<endl;

这基本上就是这里正在发生的事情，说得很粗略。这个mathOperationClass::AddInt 方法/函数，可以推测在你dlopen的同一共享库中。因为你使用了dlopen而没有实际链接它，所以你有了对此符号的引用。但是，由于无法在运行时解析此引用，因此您会遇到运行时未定义符号错误。

即使可能以这种方式调用此类方法，仅有的希望也是使用dlsym()。但是，为了能够进行这样的尝试，许多事情都需要恰到好处地发生。

首先，你必须弄清楚实际的C++符号名称。以我的Linux x86_64 g++编译器为参考，该方法的名称为 "_ZN18mathOperationClass6AddIntEii"。掌握了这个，你可以使用dlsym在你的共享库中找到此符号（或者你的C++实现中实际的名称为此方法的符号名）。

一旦你拥有了这个符号，接下来呢？那么，希望您的C++实现确实具有可黑客化的C++ ABI，可以通过显式传递额外的this参数来调用类方法，就像这样：

int (*addInt)(mathOperationClass *, int, int)=
    reinterpret_cast<int (*)(mathOperationClass *, int, int)>
        (dlsym(handle, "_ZN18mathOperationClass6AddIntEii"));

cout << (*addInt)(mathInstance, num1, num2) << endl;

如果不能确认在你的C++实现的ABI中可以通过这种hackish的方式调用C ++方法，整个卡牌屋将会崩塌。由于您已经使用了dlopen（）函数，因此您已经处于非可移植性的领域，并且使用了特定于您的C++实现的资源，因此您可能需要确定您的C++方法是否可以以这种方式被调用。如果不能，您将不得不找出如何使用普通指针来调用它们。

现在我们来谈点不同的事情……

在上述所有内容中，有一种方法可以避免处理这个混乱局面：将这个类方法声明为虚拟类方法。虚拟类方法是通过内部虚拟函数表派发的。所以，只需将这个AddInt方法声明为虚拟类方法，并像往常一样调用它即可。由于编译器不会在这种情况下发出mathOperationClass :: AddInt的显式符号引用，因此在您的C++实现中很可能运行良好。它将通过自动附加到每个对象实例的虚拟函数表找到该方法。

当然，您还需要牢记虚拟函数的定义和影响。但是，在几乎所有情况下，这是一种相当便宜的调用动态加载自共享库类方法的方法。

- Sam Varshavchik

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AddInt 不是一个“普通指针”。它是一个方法调用。而且它不是通过给定的指针调用的。这个指针不是指向任何函数的指针，而是指向一个类的实例。如果你要反汇编你编译好的 C++ 代码，你会发现非虚拟方法调用等同于使用外部、混淆的符号引用调用外部函数。这就是所有现代 C++ 实现的工作方式。 - Sam Varshavchik

除非这个问题涉及到的代码明确地没有与共享库链接，而是通过dlopen打开的。 - Sam Varshavchik

啊，是的。我在等待那个“抓住你了”的时刻，现在出现了。我的调用方向是相反的（从插件到共享库），但这种情况正在呼唤插件。对不起，我现在明白你的意思了。 - Galik

AddInt是mathOperationClass类的一个常规公共访问方法。虚方法声明似乎是一个有效的解决方案，我会尝试一下。实际上，在编译期间尝试链接库，这很好用。我只有在dlopen共享库时才遇到这个问题。 - user2580634

我为使用虚拟方法的建议点了赞，这是我没有考虑到的。我的方法最初不是虚拟的，这就是链接器抱怨的原因。感谢Sam Varshavchik的建议，让我重新回顾了基础知识。 - user2580634