linux下C＋＋ 插件(plugin)实现技术

• 作者：掌门狗

• 时间：2008-12-01 20:21

• 分类：默认分类

标签： c＋＋ 插件

应用程序中使用插件技术，有利于日后的版本更新、维护（比如打补丁）和功能扩展，是一种很实用的技术。其最大的特点是更新插件时无需重新编译主程序，对于一个设计良好的应用系统而言，甚至可以做到业务功能的在线升级。本文介绍了linux下用C＋＋实现插件的一个简单实例，希望能对大家有所启发。

为了能做到更新插件时无需重新编译主程序，要求主程序中定义的接口是定死的，而接口的实现被放到了具体的插件中，这样主程序在运行时刻将插件加载进来，就可以使用这些接口所提供的功能了。在面向对象的系统中，各个功能模块被封装到类中，因此在C＋＋中实现插件技术，就需要在主程序中提供基类，并为这些基类定义明确的接口，然后在插件（动态库或共享库）中定义派生类，并实现基类中所有的接口。

我们以计算多边形面积为例，首先定义一个基类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__ */

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

注意基类不一定是虚类（有纯虚函数的类），但是接口一定要定义成虚函数，因为最终主程序是通过基类指针
来调派生类的接口函数，另外如果基类中有资源分配（new）的话，析构函数一定要定义成虚的，否则不会被
调用，造成内存泄漏。

接下来要定义派生类，并放到共享库（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;
}

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

其中定义了函数“create”用来创建CTriangle类对象，该函数可让主程序获得CTriangle对象指针，从而
可以访问CTriangle类对象。主程序通过调用dlsym获取指向该函数的指针，需要指出的是，由于dlsym被
设计成c-style方式，因此调用c＋＋定义的函数时，需要加上extern "C"

那么主程序是如何调用共享库的呢，代码片段如下：

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

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);

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

主程序通过dlopen打开triangle.so，然后通过dlsym得到库中的函数create指针，调用create后返回了
指向CTriangle类对象的指针，类型是CPolygon的，由于虚函数的多态性， pObj->area() 实际是调用
了CTriangle::area.

好了，插件技术就是这么简单，回顾一下实现过程：写一个基类，定义接口函数，然后在共享库中写
派生类，最后在主程序运行时刻打开共享库（dlopen），并通过create函数得到指向新创建的派生类
对象的指针，然后利用虚函数的多态性，调用派生类的各种方法。

不过进一步使用后你可能会发现，这样实现会有些问题：

1. 每写一个派生类就需要重写一个create函数

注意到CTriangle类实现时定义的create函数必须返回 new CTriangle：

extern "C"
{
void * create()
{
return new CTriangle;
}

}

那么如果再建一个类比如CRectangle， create函数必须重写，返回 new CRectangle

这样做一方面麻烦，另外CTriangle、CRectangle两个类不能放到同一个共享库中，否则会编译时刻
提示重复定义错误。

2. 主程序无法判断create函数返回的是哪个类所创建的对象

当只有一个基类（CPolygon）时主程序当然知道返回的是CPolygon派生类的对象指针：
create_t * create_triangle = (create_t *)dlsym(handle, "create");
CPolygon * pObj = create_triangle();

假如有多个基类，根据这些基类派生出不同类型的类时，无法在主程序中判断返回的是那个类的对象。

3. 操作繁琐

没有一个统一的操作界面，实现共享库的加载、卸载、派生类对象的创建，特别是当需要加载一个目录
下所有的共库时，感觉一个一个地加载太麻烦了，能不能批量加载呢。

通过动态类加载和建立Helper类可以很好地解决上述问题，其中dynclass.h/dynclass.cpp中实现了动态
加载类对象，pluginhelper.h/pluginhelper.cpp实现了Plugin Helper，具体细节见附件。

下面简单介绍一下使用步骤：

1. 首先定义基类（CPolygon），方法同上

2. 在共享库中实现派生类

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;
}

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

注意到此时派生类的实现（triangle.cpp）中已没有了那个讨厌的create了，被我偷偷放到
dynclass.cpp中了：

extern "C"
{
void * createByClassName(const char * strClassName)
{
return DYN_CREATE(strClassName);
}
}

由于对任何派生类而言，该函数的实现都一样，因此只需要实现一次，对使用者是不可见的,达到
了从派生类中拿走的目的。

另外增加了一个宏：DYN_DECLARE(CTriangle); 参数是类名（这里用到了RTTI),每个派生类对应
一个这样的宏，该类就可以支持类对象的动态加载了，需要包含头文件dynclass.h

2. 在主程序中如何使用

使用起来也非常简单,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" );

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

首先定义CPluginHelper对象，调用Load方法加载共享库，其中第一个参数是共享库的路径，第二
个参数是共享库的名称，共享库名支持模式匹配，这里表示要加载./plugin目录所有so共享库，
当然也可以是某个具体的共享库名。

随后可以通过CPluginHelper::Create方法，根据类名称创建该类的对象，实现了参数化创建对象
的目的，然后就是对该对象的调用，当不用该对象时，需要调用delete来删除。

最后，调用CPluginHelper::Unload将指定共享库卸载。