Windows和Linux動態(tài)庫差異分析

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動態(tài)鏈接庫技術(shù)實現(xiàn)和設(shè)計程序常用的技術(shù)，在Windows和Linux系統(tǒng)中都有動態(tài)庫的概念，采用動態(tài)庫可以有效的減少程序大小，

節(jié)省空間，提 高效率，增加程序的可擴展性，便于模塊化管理。但不同操作系統(tǒng)的動態(tài)庫由于格式 不同，在需要不同操作系統(tǒng)調(diào)

用時需要進行動態(tài)庫程序移植。本文分析和比較了兩種操作系統(tǒng)動態(tài)庫技術(shù)，并給出了將Visual C 編制的動態(tài)庫移植到Linux上的

方法和經(jīng)驗。
　　1、引言
　　動態(tài)庫（Dynamic Link Library abbr，DLL）技術(shù)是程序設(shè)計中經(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。采用動態(tài)庫技術(shù)對于升級軟件版本更加 容易。與靜態(tài)庫（Static Link Library）不同，動態(tài)庫里面的函

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)行代碼可以同時在多個程序中共享。
　　在Windows和Linux操作系統(tǒng)中，都可采用這種方式進行軟件設(shè)計，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)中通常采用的動態(tài)庫調(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)實際移

植程序經(jīng)驗，介紹了將VC 編制的Windows動態(tài)庫移植到Linux下的方法。
　　2、動態(tài)庫技術(shù)
　　2.1 Windows動態(tài)庫技術(shù)
　　動態(tài)鏈接庫是實現(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重要技術(shù)手段。常見的動態(tài)庫包含外部函數(shù)

和資源，也有一些 動態(tài)庫只包含資源，如Windows字體資源文件，稱之為資源動態(tài)鏈接庫。通常動態(tài)庫以.dll，.drv、.fon等作為

后綴。相應(yīng)的windows靜 態(tài)庫通常以.lib結(jié)尾，Windows自己就將一些主要的系統(tǒng)功能以動態(tài)庫模塊的形式實現(xiàn)。
　　Windows動態(tài)庫在運行時被系統(tǒng)加載到進程的虛擬空間中，使用從調(diào)用進程的虛擬地址空間分配的內(nèi)存，成為調(diào)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(diào)用進程使用；調(diào)用進程的句柄可以被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DLL在內(nèi)

存中只有一個實例；DLL實現(xiàn)了代碼封裝性；DLL的編制與具 體的編程語言及編譯器無關(guān)，可以通過DLL來實現(xiàn)混合語言編程。DLL函

數(shù)中的代碼所創(chuàng)建的任何對象（包括變量）都歸調(diào)用它的線程或進程所有。
　　根據(jù)調(diào)用方式的不同，對動態(tài)庫的調(diào)用可分為靜態(tài)調(diào)用方式和動態(tài)調(diào)用方式。
　　(1)靜態(tài)調(diào)用，也稱為隱式調(diào)用，由編譯系統(tǒng)完成對DLL的加載和應(yīng)用程序結(jié)束時DLL卸載的編碼（Windows系統(tǒng)負(fù)責(zé)對DLL調(diào)用次

數(shù)的 計數(shù)），調(diào)用方式簡單，能夠滿足通常的要求。通常采用的調(diào)用方式是把產(chǎn)生動態(tài)連接庫時產(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，只須在源文件中聲明一下。 LIB文件包含了每一個DLL導(dǎo)出函數(shù)的符號名和可選擇的標(biāo)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(yīng)用程序中，被調(diào) 用的DLL文件會在應(yīng)用程序加載時同時加載在

到內(nèi)存中。
　　(2)動態(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來達到調(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)用程序時的重要方式。在Windows系統(tǒng)中，與動態(tài)庫調(diào)用有關(guān)的函數(shù)包括：
　�、貺oadLibrary（或MFC 的AfxLoadLibrary），裝載動態(tài)庫。
　　②GetProcAddress，獲取要引入的函數(shù)，將符號名或標(biāo)識號轉(zhuǎn)換為DLL內(nèi)部地址。
　�、跢reeLibrary（或MFC的AfxFreeLibrary），釋放動態(tài)鏈接庫。
　　在windows中創(chuàng)建動態(tài)庫也非常方便和簡單。在Visual C 中，可以創(chuàng)建不用MFC而直接用C語言寫的DLL程序，也可以創(chuàng)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(shù)。DllMain負(fù)責(zé)初始化

(Initialization)和結(jié)束(Termination)工作。動態(tài)庫輸出 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)，動態(tài)庫導(dǎo)出的函數(shù)供其它程序模塊調(diào)用。通�？梢杂邢� 面幾種方法導(dǎo)出函數(shù)：
　�、俨捎媚�塊定義文件的EXPORT部分指定要輸入的函數(shù)或者變量。
　�、谑褂肕FC提供的修飾符號_declspec(dllexport)。
　�、垡悦�令行方式，采用/EXPORT命令行輸出有關(guān)函數(shù)。
　　在windows動態(tài)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(shù)
　　在Linux操作系統(tǒng)中，采用了很多共享對象技術(shù)（Shared Object），雖然它和Windows里的動態(tài)庫相對應(yīng)，但它并不稱為動態(tài)庫

。相應(yīng)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(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)尾的共享對象。同樣，在Linux 下，也有靜態(tài)函數(shù)庫這種調(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，增加程序的可擴展性和靈活 性。Linux還可以通過

LD-PRELOAD變量讓開發(fā)人員可以使用自己的程序庫中的模塊來替換系統(tǒng)模塊。
　　同Windows系統(tǒng)一樣，在Linux中創(chuàng)建和使用動態(tài)庫是比較容易的事情，在編譯函數(shù)庫源程序時加上-shared選項即可，這樣所生

成的 執(zhí)行程序就是動態(tài)鏈接庫。通常這樣的程序以so為后綴，在Linux動態(tài)庫程序設(shè)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(shù)文件，以.c或.cpp為后綴，再編寫makefile文件。對于較小的動態(tài)庫程序可以不用如此，但這樣設(shè)

計使程序更加合理。
　　編譯生成動態(tài)連接庫后，進而可以在程序中進行調(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，可以將動態(tài)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(diào)用

動態(tài)庫經(jīng)常使用的函數(shù)，但在使用動態(tài)庫時，源程序必須包含dlfcn.h頭文件，該文件定義調(diào)用動態(tài)鏈接庫的函數(shù)的原型。
　　(1)_打開動態(tài)鏈接庫：dlopen，函數(shù)原型void *dlopen (const char *filename, int flag);
　　dlopen用于打開指定名字(filename)的動態(tài)鏈接庫，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)動態(tài)鏈接庫操作句柄(handle)與符號(symbol)，返回符號對應(yīng)的函數(shù)的執(zhí)行代碼地址。
　　(3)關(guān)閉動態(tài)鏈接庫：dlclose，函數(shù)原型為: int dlclose (void *handle);
　　dlclose用于關(guān)閉指定句柄的動態(tài)鏈接庫，只有當(dāng)此動態(tài)鏈接庫的使用計數(shù)為0時,才會真正被系統(tǒng)卸載。
　　(4)動態(tài)庫錯誤函數(shù)：dlerror，函數(shù)原型為: const char *dlerror(void); 當(dāng)動態(tài)鏈接庫操作函數(shù)執(zhí)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(shù)執(zhí)行成功。
　　在取到函數(shù)執(zhí)行地址后，就可以在動態(tài)庫的使用程序里面根據(jù)動態(tài)庫提供的函數(shù)接口聲明調(diào)用動態(tài)庫里面的函數(shù)。在編寫調(diào)用

動態(tài)庫的程序的makefile文件時，需要加入編譯選項-rdynamic和-ldl。
　　除了采用這種方式編寫和調(diào)用動態(tài)庫之外，Linux操作系統(tǒng)也提供了一種更為方便的動態(tài)庫調(diào)用方式，也方便了其它程序調(diào)用，

這種方式與 Windows系統(tǒng)的隱式鏈接類似。其動態(tài)庫命名方式為“l(fā)ib*.so.*”。在這個命名方式中，第一個*表示動態(tài)鏈接庫的庫

名，第二個*通常表示該動 態(tài)庫的版本號，也可以沒有版本號。在這種調(diào)用方式中，需要維護動態(tài)鏈接庫的配置文

件/etc/ld.so.conf來讓動態(tài)鏈接庫為系統(tǒng)所使用，通常將動 態(tài)鏈接庫所在目錄名追加到動態(tài)鏈接庫配置文件中。如具有X window

窗口系統(tǒng)發(fā)行版該文件中都具有/usr/X11R6/lib，它指向X window窗口系統(tǒng)的動態(tài)鏈接庫所在目錄。為了使動態(tài)鏈接庫能為系統(tǒng)所

共享，還需運行動態(tài)鏈接庫的管理命令./sbin/ldconfig。在編譯所引 用的動態(tài)庫時，可以在gcc采用 ?l或-L選項或直接引用所需

的動態(tài)鏈接庫方式進行編譯。在Linux里面，可以采用ldd命令來檢查程序依賴共享庫。
　　3、兩種系統(tǒng)動態(tài)庫比較分析
　　Windows和Linux采用動態(tài)鏈接庫技術(shù)目的是基本一致的，但由于操作系統(tǒng)的不同，他們在許多方面還是不盡相同，下面從以下

幾個方面進行闡述。
　　(1)動態(tài)庫程序編寫，在Windows系統(tǒng)下的執(zhí)行文件格式是PE格式，動態(tài)庫需要一個DllMain函數(shù)作為初始化的人口，通常在導(dǎo)出

函數(shù) 的聲明時需要有_declspec(dllexport)關(guān)鍵字。Linux下的gcc編譯的執(zhí)行文件默認(rèn)是ELF格式，不需要初始化入口，亦不需要

到函 數(shù)做特別聲明，編寫比較方便。
　　(2)動態(tài)庫編譯，在windows系統(tǒng)下面，有方便的調(diào)試編譯環(huán)境，通常不用自己去編寫makefile文件，但在linux下面，需要自己

動手去編寫makefile文件，因此，必須掌握一定的makefile編寫技巧，另外，通常Linux編譯規(guī)則相對嚴(yán)格。
　　(3)動態(tài)庫調(diào)用方面，Windows和Linux對其下編制的動態(tài)庫都可以采用顯式調(diào)用或隱式調(diào)用，但具體的調(diào)用方式也不盡相同。
　　(4)動態(tài)庫輸出函數(shù)查看，在Windows中，有許多工具和軟件可以進行查看DLL中所輸出的函數(shù)，例如命令行方式的dumpbin以及

VC 工具中的DEPENDS程序。在Linux系統(tǒng)中通常采用nm來查看輸出函數(shù)，也可以使用ldd查看程序隱式鏈接的共享對象文件。
　　(5)對操作系統(tǒng)的依賴，這兩種動態(tài)庫運行依賴于各自的操作系統(tǒng)，不能跨平臺使用。因此，對于實現(xiàn)相同功能的動態(tài)庫，必須

為兩種不同的操作系統(tǒng)提供不同的動態(tài)庫版本。
　　4、動態(tài)庫移植方法
　　如果要編制在兩個系統(tǒng)中都能使用的動態(tài)鏈接庫，通常會先選擇在Windows的VC 提供的調(diào)試環(huán)境中完成初始的開發(fā)，畢竟VC 提

供的圖形化編輯和調(diào)試界面比vi

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