是否可以在运行时替换方法？

Posted 2023-02-16

【中文标题】是否可以在运行时替换方法？

【英文标题】：Is it possible to replace a method at runtime?

【发布时间】：2015-04-15 08:37:03

【问题描述】：

我想制作一个能够在运行时覆盖方法的插件系统。

有些答案说函数指针，但是定义的函数或类呢？

像这样：

class foo

  public:
    bar(int foobar);

有没有办法获取或替换它的函数指针？

顺便说一句，挂钩不被视为答案，因为它非常特定于平台且很危险。

【问题讨论】：

C 和 C++ 是不同的语言。

这是可能的，而且是特定于平台的。例如，它用于 Linux 内核 (ksplice)。它与可执行格式有关，而不是与语言有关。 PS：你想达到什么目标？

@ibre5041：Linux 内核不使用 C++，这大大简化了事情。例如，没有（运算符）重载。

【参考方案1】：

要制作插件系统，您无需在运行时替换类的方法。

您可以通过使用polymorphism 或任何其他方式来替换该方法的作用来配置一个对象。

查看以下问题的答案：What's safe for a C++ plug-in system?

【参考方案2】：

运行时函数“替换”可以通过以下几种技术之一来实现：

Polymorphism 标准图书馆设施，如std::function 翻译或分派函数调用的第三方库或平台特定技术。

哪个选项更好在很大程度上取决于预期用途和目标环境。例如;插件系统可以很好地利用多态性（使用适当的工厂，甚至可能与template method pattern 结合使用），而内部函数路由可以使用std::function。

这些技术不会真正“替换”任何函数，而是可以在运行时设置以根据需要路由函数调用。

注意我专注于问题的 C++ 方面（它被标记为 C 和 C++，但示例代码是 C++）。

【参考方案3】：

虽然你不能直接替换一个方法，但这可以通过另一层间接来解决。

#include <iostream>
#include <functional>

class Foo

private:
    void default_bar(int value)
    
        std::cout << "The default function called\n";
    
    std::function<void(Foo*, int)> the_function = &Foo::default_bar;
public:
    void replace_bar(std::function<void(Foo*, int)> new_func)
    
        the_function = new_func;
    
    void bar(int value)
    
        the_function(this, value);
    
    void baz(int value)
    
        std::cout << "baz called\n";
    
;

void non_member(Foo* self, int value)

    std::cout << "non-member called\n";


int main()

    Foo f;
    f.bar(2);
    f.replace_bar(&Foo::baz);
    f.bar(2);
    f.replace_bar(non_member);
    f.bar(2);
    f.replace_bar([](Foo* self, int value) std::cout << "Lambda called\n"; );
    f.bar(2);

目前这替换了实例的方法。如果要替换某个类的方法，请将the_function设为static（更好的是，将其设为返回静态变量的静态方法，以避免静态初始化顺序惨败）

【讨论】：

非常感谢

【参考方案4】：

回到最初的问题：“是否可以在 C/C++ 中在运行时替换方法”这是可能的，并且有一些用例，但是（正如其他人所说）这些用例中的大多数都没有不适用于你。这也不是很简单。

例如 linux kernell 可以使用名为 kpatch 或 kGraft 的东西。这是一个相当复杂的机制——当然它不是很便携，在用户空间程序中也不是很实用，因为这些技术依赖于嵌入到 linux kernell 中的机制。

【参考方案5】：

C 没有任何方法（只有函数），所以你的问题在 C 中没有意义。

在C++11 中，假设要更改的方法是virtual，并假设您的C++ 实现使用位于对象开头的vtable 指针（在Linux 上GCC 经常出现这种情况） ，并且如果新旧类具有相同的大小并且使用来自公共基类的单一继承（例如FooBase），则可以使用放置new 运算符，因此在您的主程序中：

class FooBase 
   virtual ~FooBase();
   virtual int bar(int); 
   /// etc


class ProgramFoo : public FooBase 
 virtual ~ProgramFoo();
 virtual int bar (int);
 /// other fields and methods
;

在你的插件中：

class PluginFoo : public FooBase 
 virtual ~ProgramFoo();
 virtual int bar (int);
 /// other fields and methods
 static_assert(sizeof(PluginFoo) == sizeof(ProgramFoo), 
               "invalid PluginFoo size");
;

那么你可能有一些插件功能，比如

extern "C" FooBase*mutate_foo(ProgramFoo*basep)

   basep->~ProgramFoo(); // destroy in place, but don't release memory
   return new(basep) PluginFoo(); // reconstruct in same place

^{希望它会用新的 vptr 覆盖旧的 vptr。}

但这闻起来很糟糕，根据 C++11 标准可能是 undefined behavior，但可能适用于一些 C++ 实现 ，并且肯定是特定于实现的。我不建议这样编码，即使它有时可能会“工作”。

惯用的方法是使用成员函数指针或 C++11 closures。

您的插件架构似乎设计错误。查看Qt plugins 以获得一些好的灵感。

【参考方案6】：

还可以查看 MSVC 编译选项 /hotpatch。这将创建一个代码，其中每个非内联方法都以一条至少有 2 个字节的指令开始（short jmp relative 0 - 即 NOP）。然后你可以重写你正在运行的应用程序的图像，你可以将 long jmp 存储到你的方法的新版本中。

见Create Hotpatchable Image.

另外，例如在 Linux 上，您有（很久以前有）两个名为“fopen”的函数。其中一个是在库 glibc 中定义的，另一个是在 libpthread 中定义的。后者是线程安全的。而当你对 libpthread 进行 dlopen 操作时，“fopen”函数上的“跳线”会被覆盖，并且会使用来自 libpthread 的函数。

但这真的取决于你的目标。

【讨论】：

使用/ob0，内联被关闭，因此每个方法都可以被热补丁。缺点：vector::operator[ ] 也可以热补丁，这可能不是您想要的。

【参考方案7】：

在 Unix 系统（例如 Linux）上，dlsym 对于在 C/C++ 运行时加载函数或整个库非常有用。参见例如 http://www.tldp.org/HOWTO/C++-dlopen/thesolution.html

【参考方案8】：

我猜这对于 C/C++ 来说是不可能的。

函数代码已编译成二进制，运行时无法更改。

我认为解释性语言很擅长。