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linux下C++ 插件(plugin)實現技術

文章來源：http://masterdog.bokee.com/563395.html
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?????應用程序中使用插件技術，有利于日后的版本更新、維護（比如打補丁）和功能擴展，是一種很實用的技術。其最大的特點是更新插件時無需重新編譯主程序，對于一個設計良好的應用系統而言，甚至可以做到業務功能的在線升級。本文介紹了linux下用C++實現插件的一個簡單實例，希望能對大家有所啟發。

為了能做到更新插件時無需重新編譯主程序，要求主程序中定義的接口是定死的，而接口的實現被放到了具體的插件中，這樣主程序在運行時刻將插件加載進來，就可以使用這些接口所提供的功能了。在面向對象的系統中，各個功能模塊被封裝到類中，因此在C++中實現插件技術，就需要在主程序中提供基類，并為這些基類定義明確的接口，然后在插件（動態庫或共享庫）中定義派生類，并實現基類中所有的接口。

我們以計算多邊形面積為例，首先定義一個基類CPolygon：

/* +******************************************************* */

/* ?polygon.h? */

#ifndef?__POLYGON_H__

#define ?__POLYGON_H__

#include? < ?iostream? >

class ?CPolygon

{

public :

????CPolygon() {}

???? virtual ? ~ CPolygon() {}

???? virtual ? double ?area( void )? const ? = ? 0 ;

} ;

#endif ?/*?__POLYGON_H__?*/

/* -******************************************************* */

注意基類不一定是虛類（有純虛函數的類），但是接口一定要定義成虛函數，因為最終主程序是通過基類指針
來調派生類的接口函數，另外如果基類中有資源分配（new）的話，析構函數一定要定義成虛的，否則不會被
調用，造成內存泄漏。

接下來要定義派生類，并放到共享庫（triangle.so）中：

/* +******************************************************* */

/* ?triangle.h? */

#ifndef?__TRIANGLE_H__

#define ?__TRIANGLE_H__

#include? " ?polygon.h? "

#include? < ?iostream? >

class ?CTriangle?:? public ?CPolygon

{

public :

???? virtual ? double ?area( void )? const ;

} ;

#endif ?/*?__TRIANGLE_H__?*/

/* ?triangle.cpp? */

#include? " triangle.h "

extern ? " C "

{

???? void ? * ?create()

???? {

???????? return ? new ?CTriangle;

????}

}

double ?CTriangle::area( void )? const

{

????std::cout? << ? " area?of?triangle " ? << ?std::endl;

???? return ? 0 ;

}

/* -******************************************************* */

其中定義了函數“create”用來創建CTriangle類對象，該函數可讓主程序獲得CTriangle對象指針，從而
可以訪問CTriangle類對象。主程序通過調用dlsym獲取指向該函數的指針，需要指出的是，由于dlsym被
設計成c-style方式，因此調用c++定義的函數時，需要加上extern "C"

那么主程序是如何調用共享庫的呢，代碼片段如下：

/* +******************************************************* */

typedef?CPolygon * ?create_t();

void ? * ?handle? = ?dlopen( " triangle.so " ,?RTLD_LAZY);

if (? ! handle?)

{

?std::cerr? << ?dlerror()? << ?std::endl;

?exit( 1 );

}

create_t? * ?create_triangle? = ?(create_t? * )dlsym(handle,? " create " );

CPolygon? * ?pObj? = ?create_triangle();

if (? 0 ? != ?pObj?)

{

?pObj -> area();

}

delete?pObj;

dlclose(handle);

/* -******************************************************* */

主程序通過dlopen打開triangle.so，然后通過dlsym得到庫中的函數create指針，調用create后返回了
指向CTriangle類對象的指針，類型是CPolygon的，由于虛函數的多態性， pObj->area() 實際是調用
了CTriangle::area.

好了，插件技術就是這么簡單，回顧一下實現過程：寫一個基類，定義接口函數，然后在共享庫中寫
派生類，最后在主程序運行時刻打開共享庫（dlopen），并通過create函數得到指向新創建的派生類
對象的指針，然后利用虛函數的多態性，調用派生類的各種方法。

不過進一步使用后你可能會發現，這樣實現會有些問題：

1. 每寫一個派生類就需要重寫一個create函數

注意到CTriangle類實現時定義的create函數必須返回 new CTriangle：

extern ? " C "

{

???? void ? * ?create()

???? {

???????? return ? new ?CTriangle;

????}

}

那么如果再建一個類比如CRectangle， create函數必須重寫，返回 new CRectangle

這樣做一方面麻煩，另外CTriangle、CRectangle兩個類不能放到同一個共享庫中，否則會編譯時刻
提示重復定義錯誤。

2. 主程序無法判斷create函數返回的是哪個類所創建的對象

當只有一個基類（CPolygon）時主程序當然知道返回的是CPolygon派生類的對象指針：
create_t * create_triangle = (create_t *)dlsym(handle, "create");
CPolygon * pObj = create_triangle();

假如有多個基類，根據這些基類派生出不同類型的類時，無法在主程序中判斷返回的是那個類的對象。

3. 操作繁瑣

沒有一個統一的操作界面，實現共享庫的加載、卸載、派生類對象的創建，特別是當需要加載一個目錄
下所有的共享庫時，感覺一個一個地加載太麻煩了，能不能批量加載呢。

通過動態類加載和建立Helper類可以很好地解決上述問題，其中dynclass.h/dynclass.cpp中實現了動態
加載類對象，pluginhelper.h/pluginhelper.cpp實現了Plugin Helper，具體細節見附件。

下面簡單介紹一下使用步驟：

1. 首先定義基類（CPolygon），方法同上

2. 在共享庫中實現派生類

比如CTriangle：

/* +******************************************************* */

/* ?triangle.h? */

#ifndef?__TRIANGLE_H__

#define ?__TRIANGLE_H__

#include? " ?polygon.h? "

#include?? < ?iostream? >

class ?CTriangle?:? public ?CPolygon

{

public :

???? virtual ? double ?area( void )? const ;

} ;

#endif ?/*?__TRIANGLE_H__?*/

/* ?triangle.cpp? */

#include? " ?triangle.h? "

#include? " ?dynclass.h? "

DYN_DECLARE(CTriangle);

double ?CTriangle::area( void )? const

{

????std::cout? << ? " area?of?triangle " ? << ?std::endl;

???? return ? 0 ;

}

/* -******************************************************* */

注意到此時派生類的實現（triangle.cpp）中已沒有了那個討厭的create了，被我偷偷放到
dynclass.cpp中了：

extern ? " C "

{

???? void ? * ?createByClassName( const ? char ? * ?strClassName)

???? {

???????? return ?DYN_CREATE(strClassName);

????}

}

由于對任何派生類而言，該函數的實現都一樣，因此只需要實現一次，對使用者是不可見的,達到
了從派生類中拿走的目的。

另外增加了一個宏：DYN_DECLARE(CTriangle); 參數是類名（這里用到了RTTI),每個派生類對應
一個這樣的宏，該類就可以支持類對象的動態加載了，需要包含頭文件dynclass.h

2. 在主程序中如何使用

使用起來也非常簡單,在主程序（main.cpp）中：

/* +******************************************************* */

#include? " ?pluginhelper.h? "

#include? " ?polygon.h? "

CPluginHelper?pluginHelper;

pluginHelper.Load(? " ./plugin " ,? " *.so " ?);

CPolygon? * ?pbase? = ?(CPolygon? * )pluginHelper.Create( " CTriangle " );

if (? 0 ? != ?pbase?)

{

????pbase -> area();

}

delete?pbase;

pluginHelper.Unload(? " ./plugin " ,? " *.so " ?);

/* -******************************************************* */

首先定義CPluginHelper對象，調用Load方法加載共享庫，其中第一個參數是共享庫的路徑，第二
個參數是共享庫的名稱，共享庫名支持模式匹配，這里表示要加載./plugin目錄所有so共享庫，
當然也可以是某個具體的共享庫名。

隨后可以通過CPluginHelper::Create方法，根據類名稱創建該類的對象，實現了參數化創建對象
的目的，然后就是對該對象的調用，當不用該對象時，需要調用delete來刪除。

最后，調用CPluginHelper::Unload將指定共享庫卸載。

http://masterdog.bokee.com/inc/20050116132524159116.zip

posted on 2006-08-26 04:37 楊粼波閱讀(825) 評論(0) 編輯收藏引用所屬分類: C++

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