C++ 加载一个具有依赖关系的共享对象并访问它们的功能

Posted 2023-02-21

【中文标题】C++ 加载一个具有依赖关系的共享对象并访问它们的功能

【英文标题】：C++ Load one Shared Object with dependencies and access their functions

【发布时间】：2021-12-29 20:56:25

【问题描述】：

操作系统 Linux Ubuntu 18.04，gcc 7.4.0

程序应该加载一个依赖于其他 SO 的 SO。所有 SO 的所有导出函数都应由程序调用。 我发现了一些相关的问题，但没有一个明确涉及这种情况。

这是我想要做的一个例子： 共有 3 个共享库和 1 个应用程序：

libtest1.so    has a extern "C" print function
 libtest2.so    has a base class "Base" with a function usig the C-function
 libtest3.so    has a derived class "Test" with a function using the C-function-
 DllTest        Application: loads the *.so's

这是应用程序应该做的事情

pHandle = OpenSharedLib("./libtest1.so");      # works
 OpenSymbol(pHandle, "GetName");            # works
 CloseLib(pHandle);

 pHandle = OpenSharedLib("./libtest2.so");      # error
 OpenSymbol(pHandle, "GetName");
 OpenSymbol(pHandle, "printBase");
 CloseLib(pHandle);

 pHandle = OpenSharedLib("./libtest3.so");
 OpenSymbol(pHandle, "GetName");
 OpenSymbol(pHandle, "printBase");
 OpenSymbol(pHandle, "print");
 CloseLib(pHandle);

错误是由于未定义的符号而导致 dlopen() 加载失败：./libtest2.so: undefined symbol: GetName"。 nm 输出显示该符号丢失，但我不知道如何防止这种情况发生。

基本思想是有一个“前端 SO”，它收集各种单独的 SO，并为程序提供一个统一的库。在示例中，程序应该只加载 libtest3.so。然后它应该能够加载任何符号，只要它被任何单个 SO 暴露。

我的问题：是否可以做我想做的事以及如何做？或者换句话说：我的错误是什么？

这是代码，下面给出了我用来编译它们的命令。

  lib1.h, lib1.cpp     for libtest1.so
  lib2.h, lib2.cpp     for libtest2.so
  lib3.cpp             for libtest3.so
  DllTest.cpp          the application

libtest1.so

标题

extern "C" __attribute__((visibility("default"))) const char* GetName();

Cpp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "lib1.h"
    
__attribute__((visibility("default"))) const char* GetName() 

   return "Hello from lib1";
 

编译

g++ -c -fvisibility=hidden -fPIC -o lib1.o  lib1.cpp
g++ -shared -o libtest1.so lib1.o

libtest2.so

标题

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
    
class __attribute__((visibility("default"))) Base 

public:
 Base();
 virtual ~Base();

 const char* printBase();
 int nTest;
;

Cpp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "lib2.h"

#include "lib1.h"   // for GetName()
    
Base::Base() 
 nTest=1; 

 
Base::~Base()
 

const char* Base::printBase()
   return GetName(); 

编译

g++ -c -fvisibility=hidden -fPIC -o lib2.o  lib2.cpp
g++ -shared -o libtest2.so -L. -ltest1 lib2.o

libtest3.so

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include "lib1.h"
#include "lib2.h"

class __attribute__((visibility("default"))) Test : public Base

public:
 Test();
 virtual ~Test();
 const char* print();
;

Test::Test()
 

Test::~Test()
 


const char* Test::print() 
 char* pChar = (char*)GetName();
 printf( "hello from lib3: %d", nTest);
 return "test3";

编译

g++ -c -fvisibility=hidden -fPIC -o lib3.o  lib3.cpp
g++ -shared -o libtest3.so -L. -ltest1 -ltest2 lib3.o

** 加载应用程序 **

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>  
#include <iostream>
#include <dlfcn.h> 

void OpenSymbol(void* pHandle, char* strName)
 
 typedef char* (*pfnChar)(void);
 pfnChar pFunction   = NULL;
 char*  cError;

 printf(" Find symbol %s\n", strName);
 dlerror();
 pFunction = (pfnChar)dlsym( pHandle, strName );
 cError = dlerror();
 if (cError != 0)   
  std::cout << cError << std::endl;
  exit(1);   
 printf(" Exec symbol: %p\n", pFunction );
 std::cout << pFunction() << std::endl;
 


void* OpenSharedLib(char* strName)
 
 void*   pHandle; 
 char*  cError;

 printf(" open lib %s\n", strName);
 dlerror();
 pHandle = dlopen( strName, RTLD_NOW ); 
 cError = dlerror();
 if (cError != 0)  
  std::cout << cError << std::endl;
  exit(1);  
 printf(" found DLL %p\n", pHandle );
 return pHandle;
 

void* CloseLib(void* pHandle)
   dlclose(pHandle);  

main()

 void*   pHandle; 

 pHandle = OpenSharedLib("./libtest1.so");
 OpenSymbol(pHandle, "GetName");
 CloseLib(pHandle);

 pHandle = OpenSharedLib("./libtest2.so");
 OpenSymbol(pHandle, "GetName");
 OpenSymbol(pHandle, "printBase");
 CloseLib(pHandle);

 pHandle = OpenSharedLib("./libtest3.so");
 OpenSymbol(pHandle, "GetName");
 OpenSymbol(pHandle, "printBase");
 OpenSymbol(pHandle, "print");
 CloseLib(pHandle);

 std::cout << "done" << std::endl;

运行nm -DC 显示最后两个库中的一些符号未导出。

符号 libtest1.so:

...
000000000000057a T GetName

符号 libtest2.so:

...
                 U GetName
                 U operator delete(void*, unsigned long)
000000000000094c T Base::printBase()
00000000000008da T Base::Base()
00000000000008da T Base::Base()
0000000000000920 T Base::~Base()
0000000000000902 T Base::~Base()
0000000000000902 T Base::~Base()
0000000000200e08 V typeinfo for Base
0000000000000969 V typeinfo name for Base
0000000000200de8 V vtable for Base
                 U vtable for __cxxabiv1::__class_type_info

符号 libtest3.so:

...
                 U GetName
                 U printf
                 U operator delete(void*, unsigned long)
                 U Base::Base()
                 U Base::~Base()
0000000000000ab2 T Test::print()
0000000000000a2a T Test::Test()
0000000000000a2a T Test::Test()
0000000000000a86 T Test::~Test()
0000000000000a58 T Test::~Test()
0000000000000a58 T Test::~Test()
                 U typeinfo for Base
0000000000200df0 V typeinfo for Test
0000000000000b0f V typeinfo name for Test
0000000000200dd0 V vtable for Test
                 U vtable for __cxxabiv1::__si_class_type_info

最后，输出 DllTest

 open lib ./libtest1.so
 found DLL 0x55965d711ea0
 Find symbol GetName
 Exec symbol: 0x7f902c38157a
Hello from lib1
 open lib ./libtest2.so
./libtest2.so: undefined symbol: GetName

选择答案后编辑 代码不起作用有两个主要问题。首先，加载失败是因为动态加载器没有找到依赖的共享对象，即加载libtest2.so时找不到libtest1.so，加载libtest3.so时找不到libtest2.so和libtest1.so。这可以通过在链接期间添加路径来解决。其次，访问像类这样的非extern "C" 对象需要一个必须在共享对象中创建的对象。因此lib2.h/cpp、lib2.h/cpp和DllTest.cpp必须重构。

为方便起见，这里是完整的编译序列以及答案中的更正

g++ -c -fvisibility=hidden -fPIC -o lib1.o  lib1.cpp
g++ -shared -o libtest1.so lib1.o
  
g++ -c -fvisibility=hidden -fPIC -o lib2.o  lib2.cpp
g++ -shared -o libtest2.so -Wl,-rpath,$PWD -L.lib2.o -ltest1 

g++ -c -fvisibility=hidden -fPIC -o lib3.o  lib3.cpp
g++ -shared -o libtest3.so -Wl,-rpath,$PWD -L. lib3.o -ltest1 -ltest2 

g++ -o DllTest DllTest.cpp -ldl

这样，代码允许使用const char* GetName() 函数，无论加载三个共享对象中的哪个。

【问题讨论】：

libtest2.so 中没有GetName 符号，所以...？也没有printBase 符号，也没有char* (*pfnChar)(void); 类型，它是Base::printBase() 函数，正如您所指出的。 ` 是否可以做我想做的事以及如何做？` 是的 what is my error? 您正在从这些库中查询错误类型的错误符号。 << pFunction() 如果你想调用 Base::printBase() 你必须先定义一个类 Base 的实例来应用这个函数。

感谢您的提示。所以你是说没有在libtest2.so 中添加一个create() 函数来创建一个对象，我不会从dlsym() 获得指针？关于指针和查询，我仍然有点困惑。我尝试查询dlsym(pHandle,"Base:print" 或Base::print()，但似乎没有什么不同。同样不清楚为什么函数指针会有所不同，因为 Base::print 也是const char* <function> (void) 类型。也许可以告诉我dlsym 行在该示例中的外观。

dlsym(pHandle,"Base:print" 研究名称修改。您正在使用 nm -D - 删除 -D。 an object I will not get a pointer from dlsym()? 一般来说，是的。但是这些类可能只是命名不同，你可以声明它们..

我之前一直在尝试“Base::printBase”，但显然没有创建对象。我看到我需要用类检查 dlsym 的答案。 'nm' 我没有选择使用。你能确认上面的代码至少应该可以从libtest2.so调用GetName吗？

这能回答你的问题吗？ Why does the order in which libraries are linked sometimes cause errors in GCC?

【参考方案1】：

首先，更改链接命令中参数的顺序

g++ -g -shared -o libtest2.so -L. lib2.o -ltest1
g++ -g -shared -o libtest3.so -L. lib3.o -ltest1 -ltest2

注意：每个链接器都不需要，但较新的gold 链接器只解析“从左到右”。还有一个@987654325 @ 选项，对于捕获这些错误非常有用。

然后将rpath 添加到这些命令中，以便共享对象在运行时找到它们的依赖项：

g++ -g -shared -o libtest2.so "-Wl,-rpath,$PWD" -L. lib2.o -ltest1
g++ -g -shared -o libtest3.so "-Wl,-rpath,$PWD" -L. lib3.o -ltest1 -ltest2

链接后，readelf -d 应该像这样显示 RPATH：

$ readelf -d libtest3.so |head -n10

Dynamic section at offset 0xdd8 contains 28 entries:
 Tag        Type                 Name/Value
 0x0000000000000001 (NEEDED)     Shared library: [libtest1.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)     Shared library: [libtest2.so]
 0x0000000000000001 (NEEDED)     Shared library: [libstdc++.so.6]
 0x0000000000000001 (NEEDED)     Shared library: [libc.so.6]
 0x000000000000001d (RUNPATH)    Library runpath: [/home/projects/proba/CatMan]

（还有libtool处理共享库。）

请注意，由于name-mangling，应该执行以下更改（尽管它是特定于编译器的）

- OpenSymbol(pHandle, "printBase");
+ OpenSymbol(pHandle, "_ZN4Base9printBaseEv");

【讨论】：

您能否详细说明为什么lib2.o 的位置很重要？我可以看到正在运行 ldd libtest2.so 和 readelf -d libtest2.so，即使使用您的线路，它也找不到所需的库 libtest1.so。我原以为readelf 会将当前的 PWD 列为运行路径。它根本不显示运行路径。我仍然缺少一些东西......

感谢您指出 libtool。有趣的阅​​读（和很多）。但是我真的很想了解我对这个特定操作系统/编译器的错误

添加了更多细节。

感谢您添加readeff。这正是我对您的更改所期望的输出，但我没有得到它。目前正试图找出原因....（可能是非常愚蠢的事情）

我发现了我的问题。我使用错误的括号输入了您的命令：$(PWD) 而不是 $PWD 或 $PWD。现在它可以正常工作了。而且我还从 libtest2.so 获取 GetName() 的输出。