大疆一面，说说你理解的运行时加载？

本文还是读者朋友的面试真题——运行时加载你用过吗？说说你的理解。

在软件开发领域，动态库的运行时加载技术扮演着至关重要的角色，运行时加载使软件具备更高的灵活性和可维护性。例如，在大型游戏开发中，新增地图、角色技能等扩展内容可以通过动态库在运行时加载，而无需重新编译整个游戏。这不仅加快了开发迭代速度，还显著降低了维护成本。本文将深入探讨动态库运行时加载的原理、实践以及常见问题及其解决方案。

运行时加载

动态库运行时加载是指程序在运行期间根据需求动态加载所需的库文件，并建立与库的链接。与编译时链接不同，这种方式允许按需加载功能模块，从而提高资源利用率并增强软件的可扩展性。除此之外，运行时加载还具备如下优点：

• 促进模块化设计，使开发者能够独立开发和测试各个功能模块，从而加快开发速度并降低维护成本。
• 减少程序启动时间，因为程序仅在需要时加载所需的库文件，使用运行时加载可以减少启动时所需加载库的数量。
• 便于软件更新，只需替换动态库文件，无需重新编译整个程序。

正如硬币都存在两面一样，运行时加载也存在自身的局限性：

• 存在性能开销，系统需要额外操作来解析符号和建立链接。
• 增加程序部署和调试难度，需要确保库正确加载且版本兼容。

但瑕不掩瑜，动态库运行时加载技术为软件开发带来了诸多便利，已成为现代软件开发中不可或缺的一部分。

运行时加载常按照如下的套路进行：

• 打开动态库：通过特定函数依据路径获取动态库的句柄。不同操作系统提供的函数不同，例如 Windows 使用 LoadLibrary，而类 Unix 系统使用 dlopen。
• 解析函数符号：利用库句柄查找并获取动态库中函数或变量的地址，例如 Windows 使用 GetProcAddress，类 Unix 系统使用 dlsym。
• 调用库功能：获取函数地址后，程序便可调用动态库中的函数来实现特定功能。
• 释放动态库：使用 FreeLibrary（Windows）或 dlclose（类 Unix）释放资源，避免内存泄漏。

代码实现

由上文可知，运行时加载动态库存在固定的套路：打开动态库，解析函数符号、调用库功能，释放动态库。所以运行时加载动态库的代码实现也相对固定，如下

打开动态库

// 跨平台打开动态库
void* openLibrary(const std::string& libraryName) {
#ifdef _WIN32
    #if defined(_WINAPPSDK_) || defined(__uwp__)
        // UWP 应用使用 LoadPackagedLibrary 加载库
        WCHAR filenameW[4096];
        if (MultiByteToWideChar(CP_UTF8, 0, 
                filename.c_str()c_str(), -1, filenameW, sizeof(filenameW)) == 0) 
        {
            returnnullptr;
        } else
        {
            return LoadPackagedLibrary(filenameW, 0);
        }
    #else
        return LoadLibraryA(libraryName.c_str());
    #endif
#else
    return dlopen(libraryName.c_str(), RTLD_NOW);
#endif
}

此代码首先判断是否为 Windows 平台，并进一步区分是否为 UWP 应用。UWP 应用使用 LoadPackagedLibrary 加载动态库，而普通 Windows 则使用 LoadLibraryA。类 Unix 系统则使用 dlopen。

加载函数

// 跨平台加载函数
void* loadFunction(void* libraryHandle, const std::string& functionName) {
#ifdef _WIN32
    return GetProcAddress((HMODULE)libraryHandle, functionName.c_str());
#else
    return dlsym(libraryHandle, functionName.c_str());
#endif
}

此函数用于获取动态库中目标函数的地址。在 Windows 平台使用 GetProcAddress，而在类 Unix 系统使用 dlsym。

关闭动态库

// 跨平台关闭动态库
void closeLibrary(void* libraryHandle) {
#ifdef _WIN32
    FreeLibrary((HMODULE)libraryHandle);
#else
    dlclose(libraryHandle);
#endif
}

该函数用于释放动态库资源，避免内存泄漏。Windows 平台调用 FreeLibrary，类 Unix 系统调用 dlclose。

常见问题及解决方案

在使用动态库运行时加载技术时，可能会遇到一些常见问题。例如：

• 打开文件失败：这可能的原因是库文件不存在、路径错误或权限不足。此时需要确认库文件的路径，确保其存在且可访问。
• 加载函数失败：这可能是因为函数名错误、库文件中不存在该函数、函数未导出。需要查看库函数的代码，并结合库文件进行分析。
  • 库函数是否导出，例如在 Windows 平台使用 __declspec(dllexport)，在 Linux/macOS 使用 __attribute__((visibility("default")))；
  • 库导出时是否存在符号修饰问题，例如在 C++ 中使用 extern "C" 来避免符号修饰；
  • 查看库中导出的符号：借助nm（Linux/macOS）或 dumpbin（Windows）命令来查看库文件中的导出的符号，确认导出的符号名称和使用的名称是否一致
• 动态库依赖问题：如果动态库依赖于其他库，而系统找不到这些依赖库，则会导致加载失败。此时需要确保所有依赖库都已安装，并且路径正确。可以使用 ldd（Linux/macOS）或 Dependency Walker（Windows）来检查动态库的依赖关系。

总结

本文从基本概念、跨平台 C++ 实现，到常见问题及解决方案，详细剖析了动态库运行时加载的核心要点。掌握这一技术，不仅能提升软件开发效率，还能在实际项目中灵活应对各种复杂的动态库加载场景。