系統程式設計師成長計畫演算法與容器三

前面我們通過容器介面抽象了雙向鍊錶和動態陣列，這樣佇列的實現就不依賴於具體的容器了。但是作為佇列的使用者，它仍然要在編譯時決定使用哪個容器。佇列的測試程式就是佇列的使用者之一，它的實現**如下：

queue* queue = queue_create(linear_container_dlist_create(null, null)); 
for(i = 0; i < n; i++)
...

這裡必須明確指定是 linear_container_dlist_create還是 linear_container_darray_create,假設使用者想要換一種容器，那還是要修改**並重新編譯才行。現在我們思考另外乙個問題，如何讓使用者(如這裡的測試程式)想換一種容器時，不需要修改**也不需要重新編譯。

在繼續學習之前，我們先介紹幾個概念：

靜態庫：在linux下，靜態庫的擴充套件名為.a，a代表archive的意思。正常情況下乙個ｃ原始檔編譯之後生成乙個目標檔案(.o)，目標檔案裡存放的是程式的機器指令和資料，它不包含執行時的資訊，所以不能直接執行。用命令ar把多個目標檔案打包成乙個檔案就生成了所謂的靜態庫。可執行檔案鏈接靜態庫時，會把用到的函式和資料拷貝過去。多個可執行檔案鏈結同乙個靜態庫時，所用到的函式和資料就會拷貝多次，那就存在不少空間浪費。

共享庫：顧名思義，共享庫可以在多個可執行檔案之間共享，鏈結時不用拷貝函式或資料，只是建立乙個函式鏈結表(plt)，在執行時通過這個表來確定具體呼叫的函式。共享庫可以有效的避免空間浪費，但它也不是免費的午餐，它在載入時存在額外的開銷，在鏈結多個共享庫時會比較明顯。不過目前出現的 prelink和gnu hash等技術，有效的緩解了這個問題。共享庫另外乙個好處就是可以單獨公升級，理論上，修改某個共享庫不需要重新編譯依賴它的應用程式(不過實際操作時與它的介面變化和資訊隱藏程度有關)。

可執行檔案：linux下加x屬性的檔案都是可執行檔案，這裡可執行檔案特指elf(executable and linking format)格式的可執行檔案。可執行檔案在編譯時連線靜態庫，會把所用到的函式會被拷貝過來，執行時不再依賴於靜態庫。在編譯時鏈結共享庫，它不拷貝函式和資料，但在執行時會依賴於其鏈結的共享庫。

回到前面的問題：我們發現在編譯時，無論是鏈結靜態庫還是共享庫，它都繫結了呼叫者與使用者之間的關係。真正要在執行時決定而不是編譯時決定使用哪種容器，那就不能包含具體容器的標頭檔案，鏈結具體容器所在的庫了。今天我們要學習一種新的技術：在執行時動態載入共享庫。

除了一些嵌入式環境下使用的實時作業系統(rtos)外，現代作業系統都支援在執行時動態載入共享庫的機制。linux下有dlopen系列函式，windows下有loadlibrary系列函式，其它平台也有類似的函式。下面是使用dlopen的簡單示例：

#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char **argv)

由於這些函式在每個平台的名稱和引數都有所不同，直接使用這些函式會帶來可移植性的問題，為此有必要對它們進行包裝。不同平台有不同的函式，也就是說存在多種不同的實現，那這是否意味著要用介面呢？答案是不用。原因是同乙個平台只一種實現，而且不會出現潛在的變化。我們要做的只是加乙個適配層，用它來隔離不同平台就好了。

我們把這個對載入函式的適配層稱為module，宣告(module.h)如下：

struct _module;
typedef struct _module module; 
typedef enum _moduleflags
moduleflags; 
module* module_create(const char* file_name, moduleflags flags);
void*   module_sym(module* thiz, const char* func_name);
void    module_destroy(module* thiz);

這裡它們的實現只是對dl系列函式做個簡單包裝。由於不同平台有不同的實現，為了維護方便，我們把不同的實現放在不同的檔案中，比如linux的實現放在module_linux.c裡。

module* module_create(const char* file_name, moduleflags flags)
} return thiz;
}

我們再看看佇列的測試程式怎麼寫：

#include "linear_container.h" 
typedef linearcontainer* (*linearcontainerdarraycreatefunc)(datadestroyfunc data_destroy, void* ctx); 
int main(int argc, char* argv)
module = module_create(argv[1], 0);
return_val_if_fail(module != null, 0);
linear_container_create = (linearcontainerdarraycreatefunc)module_sym(module, argv[2]);
return_val_if_fail(linear_container_create != null, 0); 
queue = queue_create(linear_container_create(null, null));
...}

說明：

o 標頭檔案只包含linear_container.h，而不包含linear_container_dlist.h。

o 通過module_sym獲取容器的建立函式，而不是直接呼叫linear_container_dlist_create。

編譯時不再鏈結容器所在的共享庫：

gcc -wall -g module_linux.c queue.c queue_test.c -ldl -o queue_dynamic_test

執行決定要使用的容器：

./queue_dynamic_test ./libcontainer.so linear_container_dlist_create

這樣一來，容器的呼叫者和使用者完全分隔開了。介面＋動態載入的方式也稱為外掛程式式設計，它是軟體可擴充套件性的基礎，像作業系統、辦公軟體、瀏覽器和web伺服器等大型軟體都無一例外的使用了這類技術。

本節示例**請到這裡

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系統程式設計師成長計畫005

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