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yalefield金蟲 (文壇精英)
老漢一枚
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【轉(zhuǎn)帖】Windows下編寫Qt插件
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原題:使用Qt編寫模塊化插件式應(yīng)用程序 作者:程序開發(fā)之家 http://www.cngeng.info/qt%B1%E0%B3%CC/1986.html 動(dòng)態(tài)鏈接庫技術(shù)使軟件工程師們獸血沸騰,它使得應(yīng)用系統(tǒng)(程序)可以以二進(jìn)制模塊的形式靈活地組建起來。比起源碼級(jí)別的模塊化,二進(jìn)制級(jí)別的模塊劃 分使得各模塊更加獨(dú)立,各模塊可以分別編譯和鏈接,模塊的升級(jí)不會(huì)引起其它模塊和主程序的重新編譯,這點(diǎn)對(duì)于大系統(tǒng)的構(gòu)建來說更加實(shí)用。另一方面,對(duì)于商業(yè)目的明顯的企業(yè),各模塊可以獨(dú)立設(shè)置訪問權(quán)限,開發(fā)成員只能訪問自己負(fù)責(zé)的模塊,其它模塊是不能也不給看到的,這樣減少了整個(gè)系統(tǒng)泄漏技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。 一、動(dòng)態(tài)鏈接庫技術(shù)概況 動(dòng)態(tài)鏈接庫技術(shù)用得很多。事實(shí)上,整個(gè)Windows就是由一個(gè)個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)構(gòu)建起來的,不管是系統(tǒng)內(nèi)核,或是系統(tǒng)調(diào)用的API封裝,還 是通用工具(如控制面板、ActiveX插件等),都是一個(gè)個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫文件。動(dòng)態(tài)鏈接庫并不是微軟獨(dú)有的技術(shù),它是軟件工程發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。 在類Unix系統(tǒng)中,這種二進(jìn)制可執(zhí)行模塊技術(shù)不叫動(dòng)態(tài)鏈接庫,而被稱為共享對(duì)象或共享庫,后綴名一般為.so(即Share Object的簡寫)。為簡便,下文將統(tǒng)稱這種動(dòng)態(tài)鏈接的技術(shù)為DLL或共享庫。 其實(shí),DLL文件跟普通的可執(zhí)行文件差別不大,都是可執(zhí)行文件嘛,裝載到進(jìn)程空間后,都是一些機(jī)器指令(函數(shù)代碼)、內(nèi)存分配(變量)等。 在 Windows中,這些可執(zhí)行文件被稱作PE/COFF格式文件,在Linux則稱為ELF文件。從CPU的角度看來,程序中的各個(gè)要素,不管是函數(shù)還是變量,它們都是一個(gè)個(gè)地址,函數(shù)是入口地址,變量是訪問地址;而C++的所謂類或?qū)ο螅詈笠脖痪幾g器肢解成了一個(gè)個(gè)變量和函數(shù)代碼(這里是形象的說法, 嚴(yán)謹(jǐn)技術(shù)解說:請(qǐng)搜索C++對(duì)象模型)。DLL的裝載(指導(dǎo)入進(jìn)程空間,然后執(zhí)行)方式比可執(zhí)行文件的裝載稍微復(fù)雜,因?yàn)樗涯K鏈接過程推遲到了運(yùn)行時(shí)。 在動(dòng)態(tài)鏈接庫的裝載過程中,首要任務(wù)就是解決地址重定向問題。我們知道,DLL裝載到進(jìn)程空間的位置(基址)是不確定的(動(dòng)態(tài)裝載嘛),即使 DLL內(nèi)部使 用的函數(shù)調(diào)用和全局變量引用,在裝載時(shí)都要重新計(jì)算其地址。Windows采用基址重定向(Rebasing)技術(shù)解決這一問題,而 Linux采用地址無關(guān)代碼(PIC,通過GOT和PLT表實(shí)現(xiàn))技術(shù)。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。 二、Qt中的動(dòng)態(tài)鏈接庫編程 使用C++面向?qū)ο蟮念惥帉慏LL是要注意很多細(xì)節(jié)的,主要是二進(jìn)制(ABI)兼容問題。COM是一個(gè)很成功的例子,只要符合COM的規(guī)范,我們就能編寫出很好的DLL來,然而,COM是微軟私生的,要想跨平臺(tái),我們還得另找它路。 Qt的跨平臺(tái)特性同樣令人(至少是我)獸血沸騰。如果你認(rèn)為QT僅僅是一個(gè)跨平臺(tái)界面庫,那就小看它了。我要說的是,它不但是一個(gè)通用的跨平臺(tái)的、面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序接口庫(包括GUI、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、多線程、XML、數(shù)據(jù)容器和算法等,常用的編輯資源都有封裝,就是說,這些都可以跨平臺(tái),而不僅僅是界面),更是一種C++語言的擴(kuò)展,一種編程平臺(tái)和應(yīng)用程序框架: 信號(hào)和槽的機(jī)制簡化了對(duì)象之間的通信,比MFC的消息映射直觀多了; 界面的布局管理機(jī)制使開發(fā)人員可以很輕松地編出優(yōu)雅的窗體; 界面語言翻譯機(jī)制也很方便實(shí)用; QObject容器管理可以看到Qt在內(nèi)存管理方面的努力; 擴(kuò)展的 foreach 循環(huán)結(jié)構(gòu)也向現(xiàn)代語言靠攏…… Qt的跨平臺(tái)特性很好,對(duì)于本文的主題----動(dòng)態(tài)鏈接庫的支持也很好。 QT對(duì)各種平臺(tái)的動(dòng)態(tài)鏈接庫編程技術(shù)都有包裝,QT把這種技術(shù)統(tǒng)一命名為共享庫 (Shared Libraries)。通過使用Qt包裝過的類和宏,可以編寫跨平臺(tái)的共享庫和插件--當(dāng)然,這只是源代碼級(jí)別的跨平臺(tái),你不要指望用MSVC編譯出來的 DLL,能集成到ARM平臺(tái)的Linux程序上面----這是一個(gè)很美很美的理想哦。 QT使用以下兩個(gè)宏來實(shí)現(xiàn)符號(hào)(函數(shù)或全局變量/對(duì)象)的導(dǎo)出和導(dǎo)入(跨平臺(tái)不能用def文件了): QT使用 QLibrary 類實(shí)現(xiàn)共享庫的動(dòng)態(tài)加載,即在運(yùn)行時(shí)決定加載那個(gè)DLL程序,插件機(jī)制使用。 三、QT共享庫和插件范例 本節(jié)通過例子,實(shí)現(xiàn)一個(gè)共享庫和一個(gè)插件。在Windows平臺(tái)上開發(fā),使用VS2005編譯,QT庫版本為4.6.2。 本例了將編寫以下三類項(xiàng)目:
Plugin 類項(xiàng)目:插件類項(xiàng)目,現(xiàn)編寫B(tài)ilDog和BilPanda兩插件項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)IAnimal的功能,供客戶項(xiàng)目加載和測試。兩項(xiàng)目輸出BilDog.dll和BilPanda.dll; Test 項(xiàng)目:客戶應(yīng)用程序項(xiàng)目,輸出Test.exe,界面中可以選擇要加載的Animal插件,然后調(diào)用Animal的功能函數(shù),完成測試; 1. 編寫共享庫--Bil 項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn) 該項(xiàng)目定義一個(gè)抽象的 IAnimal 類作為導(dǎo)出接口,供客戶項(xiàng)目和插件項(xiàng)目使用。項(xiàng)目類型為共享庫,將生成Bil.lib和Bil.dll兩個(gè)文件,Bil.lib供Plugin項(xiàng)目和Test 項(xiàng)目引用,而Bil.dll將給Test.exe運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載。 新建一個(gè)頭文件Bil.h,輸入如下代碼: 你現(xiàn)在可能不知道BIL_SHARE宏有何用處。沒關(guān)系,請(qǐng)繼續(xù)看下面的IAnimal接口定義代碼: 現(xiàn)在知道BIL_SHARE宏的妙用了吧。BIL_SHARE宏會(huì)根據(jù)項(xiàng)目編譯選項(xiàng)BIL_LIB有沒有定義,自動(dòng)聲明IAnimal是導(dǎo)出類,還是導(dǎo)入類。所以,使用BIL_SHARE宏,我們只需要向IAnimal插件的開發(fā)者提供同一份IAnimal定義文件(IAnimal.h)即可。 當(dāng)然,我們得先在Bil項(xiàng)目的編譯選項(xiàng)中定義BIL_LIB宏,使得在Bil項(xiàng)目內(nèi),BIL_SHARE就是導(dǎo)出符號(hào)的聲明。插件項(xiàng)目就不要定義BIL_LIB了,因?yàn)樵贏nimal插件項(xiàng)目中,IAnimal是導(dǎo)入符號(hào)。 編譯選項(xiàng)如何定義宏?
如果是QT工程文件,請(qǐng)?jiān)赒T工程文件Bil.pro中加入如下定義: DEFINES += BIL_LIB 在IAnimal接口中,我們定義了三個(gè)純虛函數(shù)Eat()、Run()和Sleep(),表示吃、跑和睡眠的動(dòng)作,這是抽象的,因?yàn)椴煌膭?dòng)物有 不同的吃相和睡眠姿態(tài),而世間的動(dòng)物何止千千萬--無所謂,讓這些具體動(dòng)物的不同表現(xiàn)交給IAnimal插件的編寫者發(fā)揮吧--這就是接口的魅力,加上插件的思想,整個(gè)應(yīng)用程序就變成開放的,可擴(kuò)展的了! 繼續(xù)編寫IAnimal類的實(shí)現(xiàn)文件IAnimal.cpp: 雖然只實(shí)現(xiàn)了構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù),并且什么工作也不做,但這是必要的,我們暫時(shí)不要使用內(nèi)聯(lián)的構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù),否則在插件項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)IAnimal時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)鏈接錯(cuò)誤。 開始編譯,生成整個(gè)Bil項(xiàng)目。最終得到兩個(gè)輸出文件:Bil.lib 和 Bil.dll。 下面的插件類項(xiàng)目和客戶項(xiàng)目就是依賴這些文件實(shí)現(xiàn)的,也許你更愿意把Bil看作是一個(gè)通用的DLL類庫,就像QT或MFC一樣--事實(shí)上也是如此,Bil就是這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)的共享類庫。 2. 編寫Animal插件--BilDog和BilPanda項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)在,讓我們來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)小插件。 BilDog插件很簡單,只是匯報(bào)下"我是Dog,我正在啃骨頭"; BilPanda也是如此 這里僅僅是測試而已,實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目中,你可以盡情的發(fā)揮--沒錯(cuò),是在遵循IAnimal接口的前提下。 創(chuàng)建BilDog項(xiàng)目,把Bil項(xiàng)目輸出的Bil.h、IAnimal.h和Bil.lib加入到工程。 創(chuàng)建Dog類的頭文件Dog.h: 創(chuàng)建Dog類的實(shí)現(xiàn)文件Dog.cpp: 調(diào)用QT的QMessageBox::information()函數(shù)彈出一個(gè)信息提示框。 還有一個(gè)非常重要的工作,我們得提供一個(gè)能夠創(chuàng)建(釋放)Animal具體對(duì)象(這里是Dog)的接口,并且把這些函數(shù)導(dǎo)出,讓主程序(Test.exe)能夠解析這個(gè)接口函數(shù),動(dòng)態(tài)創(chuàng)建Animal對(duì)象,并訪問其功能。 新建BilDog.h文件,輸入下面的代碼: 這兩個(gè)函數(shù)的工作很簡單,直接創(chuàng)建和釋放對(duì)象即可。 下面是BilDog.cpp的代碼: 至此,一個(gè)Animal插件總算完成了。編譯,生成BilDog項(xiàng)目,輸出BilDog.dll插件文件,以供主程序Test.exe動(dòng)態(tài)調(diào)用。 BilPanda項(xiàng)目和BilDog項(xiàng)目類似,在這里就不把代碼貼出來了。以后開發(fā)Animal插件(即使是第三方)的過程都是如此。 我們不打算輸出該項(xiàng)目的.lib文件和那些頭文件,因?yàn)槲覀兇蛩阕屩鞒绦蛟谶\(yùn)行時(shí)刻根據(jù)需要裝載dll插件和調(diào)用插件的功能,而不是讓主程序項(xiàng)目在編譯時(shí)就指定具體的插件。 3. 編寫客戶程序--Test項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn) Test項(xiàng)目是一個(gè)測試程序項(xiàng)目,但它的角色是主程序,是能使用Animal插件的客戶程序。 這個(gè)項(xiàng)目用到了Bil共享庫,所以得先把Bil項(xiàng)目的幾個(gè)輸出文件導(dǎo)入到Test項(xiàng)目。 我們假設(shè)Test主程序是一個(gè)對(duì)話框,上面有一個(gè)編輯框和一個(gè)"加載并調(diào)用"按鈕,終端用戶在編輯框中輸入Animal插件的文件名(比如 BilDog,后綴名可省略,Qt會(huì)根據(jù)平臺(tái)判斷該查找.dll還是.so),點(diǎn)擊"加載并調(diào)用"進(jìn)行共享庫的加載,并調(diào)用動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的IAnimal 對(duì)象 的Eat()函數(shù)(當(dāng)然你可以調(diào)用Run()函數(shù)或Sleep(),這里僅僅是一個(gè)示例)。 下面的函數(shù)將被"加載并調(diào)用"按鈕的觸發(fā)事件調(diào)用: 生成Test項(xiàng)目,輸出 Test.exe。 我們把Test.exe、Bil.dll、BilDog.dll、BilPanda.dll放在同一目 錄,雙擊運(yùn)行Test.exe,趕快試下效果吧! 注意BilDog.dll或BilPanda.dll依賴于基礎(chǔ)接口庫Bil.dll,如果系統(tǒng)找不到 Bil.dll,將不能加載BilDog.dll或BilPanda.dll,所以請(qǐng)把它們放在同一目錄。 四、一些遺憾 DLL的愿望是美好的,只要接口一致,用戶可以任意更換模塊。但如果不注意細(xì)節(jié),很容易陷入它的泥潭中,這就是傳說中的DLL Hell(DLL地獄)! 引起DLL地獄問題的主要原因有以下幾點(diǎn): 1. 版本控制不好(主要是接口的版本) DLL是共享的,如果某程序更新了一個(gè)共享的DLL,其它同樣依賴于該DLL的程序就可能不能正常工作了! 2. 二制兼容問題(ABI) 即使同一平臺(tái),不同編譯器(甚至同一編譯器的不同版本)編出來的共享庫和程序也可能不能協(xié)同工作。 二制兼容問題對(duì)于C++來說尤其嚴(yán)重。C++的標(biāo)準(zhǔn)是源代碼級(jí)別的,標(biāo)準(zhǔn)中并沒有對(duì)如何實(shí)現(xiàn)C++作出統(tǒng)一的規(guī)定,所以不同的編譯器,對(duì)標(biāo)準(zhǔn) C++采用不 同的實(shí)現(xiàn)方式。這些差異主要有:
構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)(C++) 重載和模板的實(shí)現(xiàn)(C++) 虛函數(shù)表結(jié)構(gòu)(C++) 多重繼承和虛基類的實(shí)現(xiàn)(C++) 函數(shù)調(diào)用約定(C) 符號(hào)修飾(C/C++) 等。 此外,不同的運(yùn)行時(shí)庫(CRT、STL等標(biāo)準(zhǔn)庫)也會(huì)引起ABI兼容 問題?梢哉f,如果你在編寫基于類的共享庫,如果接口(指導(dǎo)出類)稍有改變,新的DLL與原程序就可能不協(xié)同工作了。 關(guān)于二進(jìn)制兼容問題,大家可以參考KDE官網(wǎng)上的一篇文章《Policies/Binary Compatibility Issues With C++ 》 不過這些都不是大問題,畢竟我們不是編寫像Qt一樣的通用庫。我們引入DLL劃分應(yīng)用程序的模塊,目的是減小系統(tǒng)開發(fā)和后期升級(jí)維護(hù)的難度,同時(shí)方 便項(xiàng)目的管理。如果用戶想自己編寫插件模塊,就得使用我們指定的編譯平臺(tái)和類接口。所以我們?nèi)阅軓腄LL技術(shù)中得到很大的實(shí)惠。 |
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