LINUXSOFT.cz Přeskoč levou lištu
Uživatel: Heslo:  
   CZUKPL

> C/C++ (37) - Prostory jmen podruhé

Dnes si ukážeme (de)motivační příklad s konfliktem identifikátorů při práci s knihovnami. Pro nás to bude důvod, proč používat prostory jmen.

16.6.2006 06:00 | Jan Němec | Články autora | přečteno 15513×

Kontrola domácího úkolu

Na konci minulého dílu jsem zadával domácí úkol, který by čtenáře měl motivovat k používání namespace. Měli jsme vytvořit knihovnu a hlavní program, který ji bude využívat, přičemž oba moduly mají využívat stejně pojmenovanou proměnnou.

Používají se dva typy knihoven: statické, s nimiž se program slinkuje již během kompilace a dynamické (sdílené), kde i na úrovni výsledného spustitelného kódu jsou oba moduly oddělené. U sdílených knihoven pak existují dvě možnosti načtení: rovnou při spuštění a nebo někdy později za běhu. V prvním případě je program na knihovně zcela závislý a bez ní se ani nespustí. V druhém případě je načtení knihovny součástí kódu programu, je třeba také explicitně načíst potřebné symboly knihovny (funkce, globální proměnné), které budeme využívat. Výhodou je, že program není na knihovně tolik závislý, může ji načíst jen někdy a rovněž ošetřit její nedostupnost. Ukážeme si chování programu a knihovny, které mají stejně pojmenovanou proměnnou, a to při všech třech způsobech práce s knihovnou (statická, dynamická načtená při spuštění, dynamická načtená za běhu). Ve všech třech případech bude výsledek odlišný.

Způsob vytváření sdílených knihoven závisí na platformě. Kód uvedený v tomto dílu je určený pro Linux a podobné systémy, nebude proto fungovat například na Windows. Vzhledem k tomu, že problém s konfliktem identifikátorů, na nějž jsem chtěl upozornit, je v C a C++ stejný, zvolil jsem jazyk C.

Hlavní program může vypadat třeba takhle.

/* program.c */
#include <stdio.h>
#include "knihovna.h"

int i = 125;

int main(void) {
  funkceZKnihovny();
  printf("program: i = %i\n", i);
  return 0;
}

Knihovna bude mít dva zdrojové soubory: header

/* knihovna.h */
#ifndef knihovnaH
#define knihovnaH

void funkceZKnihovny(void);
#endif

a vlastní kód.

/* knihovna.c */
#include <stdio.h>
#include "knihovna.h"

int i = 2;

void funkceZKnihovny(void) {
  printf("knihovna: i = %i\n", i);
}

Oba moduly tedy mají globální proměnnou i typu int, která není deklarovaná jako static. V tomto jednoduchém případě je to trochu nelogické, ale pokud by se oba moduly skládaly z většího počtu zdrojových souborů a proměnná i by z nich byla využívána, jako static bychom ji definovat nemohli. V obou modulech je však i chápána jako interní (a nedokumentovaná), nemá tedy tvořit rozhraní. Proto také není uvedena v hlavičkovém souboru knihovny.

Nejprve se pokusíme přeložit projekt jako program se statickou knihovnou.

gcc knihovna.c -c
ar -cr libknihovna.a knihovna.o
gcc program.c -L. -lknihovna -o program

Prvním příkazem jsme přeložili zdrojový kód knihovny do objektového kódu knihovna.o, druhým pak sbalili přeložený kód do knihovny libknihovna.a a konečně třetí příkaz je pokus o přeložení hlavního programu s přilinkovanou knihovnou. Zatím dopadne vše dle očekávání a třetí příkaz neprojde kvůli konfliktu identifikátorů i na úrovni objektového kódu.

./libknihovna.a(knihovna.o):(.data+0x0): multiple definition of `i'
/home/honza/tmp/ccLlnpkA.o:(.data+0x0): first defined here
collect2: ld returned 1 exit status

Není divu, linkování statické knihovny je vlastně jen linkování více objektových souborů a to, že jeden nebo několik z nich jsou zabaleny do knihovny není důležité.

Teď použijeme dynamicky linkovanou knihovnu načtenou při spuštění programu. Zdrojový kód zůstává stejný, liší se jen způsob překladu.

gcc knihovna.c -o libknihovna.so -shared
gcc program.c -L. -lknihovna -o program

Nyní máme přeložený program i sdílenou knihovnu v aktuálním adresáři. Na Linuxu ovšem není aktuální adresář implicitní ani pro spouštěné programy ani pro načítání sdílených knihoven. Pro naše pokusy s knihovnami můžeme implicitní cestu snadno nastavit.

export LD_LIBRARY_PATH=.

Všimněte si, že překlad prošel bez problémů. Možná, že očekáváte chybu při načítání knihovny do paměti po spuštění programu, ale k žádné chybě při dynamickém linkování kupodivu nedojde.

[honza@localhost]$ ./program
knihovna: i = 125
program: i = 125
[honza@localhost]$

Jak je vidět, k chybě došlo později, za běhu. Došlo ke ztotožnění proměnných i, knihovna vypisuje hodnotu z programu. V našem případě to vede pouze k jinému než očekávanému výstupu z programu, podobná situace však může samozřejmě nastat i mezi proměnnými různého typu nebo mezi pointery. V tom případě musíme čekat pád aplikace.

Dynamicky linkovanou knihovnu můžeme načíst i za chodu programu. Podívejme se, zda to bude mít nějaký vliv na náš konflikt identifikátorů. Program je třeba přepsat, neboť v tomto případě je načítání knihovny součástí kódu.

/* program2.c */
#include <dlfcn.h>
#include <stdio.h>

int i = 125;

int main(int argc, char **argv) {
  /* Ukazatel na interní data reprezentující načtenou knihovnu */
  void *pdll;
  /* Ukazatel na funkci z knihovny. */
  void (*funkceZKnihovny)(void);

  /* Za běhu načteme sdílenou knihovnu. */
  pdll = dlopen("./libknihovna.so", RTLD_LAZY);
  if (!pdll) {
    puts(dlerror());
    return 1;
  }
  /* Z knihovny získáme symbol funkceZKnihovny a ukazatel přetypujeme
     na známý prototyp. "*/
  funkceZKnihovny = (void (*)(void)) dlsym(pdll, "funkceZKnihovny");
  if (!funkceZKnihovny) {
    puts(dlerror());
    dlclose(pdll);
    return 2; 
  }
  /* Zavoláme funkci z knihovny. */
  funkceZKnihovny();
  printf("program: i = %i\n", i);
  /* Uvolníme sdílenou knihovnu. */
  dlclose(pdll);
  return 0;
}

Program využívá funkce pro načtení (dlopen) a uvolnění (dlclose) dynamicky linkované knihovny, načtení symbolu z knihovny (dlsym) a text chybové hlášky (dlerror) s poměrně intuitivním způsobem volání, bližší informace najdete v manuálových stránkách.

gcc program2.c -o program2 -ldl

Právě kvůli uvedeným funkcím je třeba linkovat program s knihovnou libdl.so, tj. s parametrem -ldl. Naopak naši knihovnu libknihovna.so si program připojí sám za běhu, tu uvádět nemusíme.

[honza@localhost]$ ./program2
knihovna: i = 2
program: i = 125
[honza@localhost]$

Výstup programu ukazuje, že v případě dynamicky linkované knihovny načtené za běhu k problému nedošlo, globální proměnné i se nepomíchaly.

Závěr

Cílem tohoto dílu nebyl ani tak rychlokurs vytváření knihoven, jako spíš varování před konfliktem identifikátorů. Omezené možnosti jazyků C a C++ a způsob linkování přeloženého kódu mohou způsobit při konfliktu globálních identifikátorů velké a někdy těžko odhalitelné nebo odstranitelné nepříjemnosti. Problémy se navíc mohou lišit systém od systému a (jak jsme si ukázali) závisí i na způsobu spojování modulů. Jediným řešením je podobným problémům předcházet. V C jsme omezeni na volbu vhodných jmen. Všimněte si třeba názvů funkcí GTK+ nebo MySQL C API. To, že názvy funkcí z těchto knihoven začínají na gtk_ respektive mysql_, není jen z důvodu názornosti. Jedná se rovněž o ochranu identifikátorů. V C++ jsme na tom lépe, neboť můžeme používat namespace. Troufl bych si tvrdit, že se jedná o jednu z nejméně doceněných předností C++ oproti C.

Pokračování příště

V příštím dílu povídání o prostorech jmen dokončíme.

Verze pro tisk

pridej.cz

 

DISKUZE

namespace vs. C 21.6.2006 12:05 camlost
  L Re: namespace vs. C 21.6.2006 15:20 Jan Němec
    L Re: namespace vs. C 21.6.2006 16:53 camlost
      |- Re: namespace vs. C 21.6.2006 17:34 Ondřej Čečák
      | L Re: namespace vs. C 21.6.2006 21:33 Aleš Hakl
      |   L Re: namespace vs. C 21.6.2006 23:12 camlost
      |     L Re: namespace vs. C 22.6.2006 00:15 Aleš Hakl
      |       L Re: namespace vs. C 22.6.2006 09:12 camlost
      |         L Re: namespace vs. C 22.6.2006 12:31 Aleš Hakl
      |           L Re: namespace vs. C 22.6.2006 13:34 Jan Němec
      L Re: namespace vs. C 22.6.2006 08:16 Jan Němec




Příspívat do diskuze mohou pouze registrovaní uživatelé.
> Vyhledávání software
> Vyhledávání článků

14.5.2018 7:28 /František Kučera

Květnový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 17. 5. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tentokrát na téma: Audio – zvuk v GNU/Linuxu.


Přidat komentář

7.5.2018 16:20 /František Kučera
Na stránkách spolku OpenAlt vyšla fotoreportáž Pražské srazy 2017 dokumentující srazy za uplynulý rok. Květnový pražský sraz na téma audio se bude konat 17. 5. 2018 (místo a čas ještě upřesníme).
Přidat komentář

17.4.2018 0:46 /František Kučera
Dubnový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 19. 4. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tématem tohoto srazu bude OpenStreetMap (OSM) aneb svobodné mapy.
Přidat komentář

16.3.2018 22:01 /František Kučera
Kulatý OpenAlt sraz v Praze oslavíme klasicky: u limonády a piva! Přijďte si posedět, dát si dobré jídlo a vybrat z mnoha piv do restaurace Kulový blesk, který najdete v centru Prahy nedaleko metra I. P. Pavlova na adrese Sokolská 13, Praha 2. Sraz se koná ve čtvrtek 22. března a začínáme v 18:00. Heslo: OpenAlt. Vezměte s sebou svoje hračky! Uvítáme, když si s sebou na sraz vezmete svoje oblíbené hračky. Jestli máte nějaký drobný projekt postavený na Arduinu, nějakou zajímavou elektronickou součástku, či třeba i pěkný úlovek z crowdfundingové akce, neváhejte. Oslníte ostatní a o zábavu bude postaráno.
Přidat komentář

13.2.2018 0:41 /František Kučera
Únorový pražský sraz OpenAltu se koná 15. 2. 2018 a tentokrát se vydáme na návštěvu do jednoho pražského datacentra. Sejdeme se v 17:50 v severovýchodní části nástupiště tramvajové zastávky Koh-I-Noor. Po exkurzi se přesuneme do restaurace U Pštrosa (Moskevská 49), kde probereme tradiční témata (svobodný software a hardware, DIY, CNC, SDR, 3D tisk…) a tentokrát bude k vidění i IoT brána od The Things Network.
Přidat komentář

11.2.2018 23:11 /Petr Ježek
Hledáte lehký a rychlý prolížeč PDF souborů? Pokud vás již omrzelo čekat na načítání stránek či jiné nešvary, zkuste xreader.
Přidat komentář

11.2.2018 20:35 /Redakce Linuxsoft.cz
Třetí ročník odborné IT konference na téma Cloud computing v praxi proběhne ve čtvrtek 1. března 2018 v konferenčním centru Vavruška, v paláci Charitas, Karlovo náměstí 5, Praha 2 (u metra Karlovo náměstí) od 9:00 hod. dopoledne do cca 16 hod. odpoledne. Konference o trendech v oblasti cloud computingu nabídne i informace o konkrétních možnostech využívání cloudů a řešení vybraných otázek souvisejících s provozem IT infrastruktury.
Přidat komentář

15.1.2018 0:51 /František Kučera
První letošní pražský sraz se koná již tento čtvrtek 18. ledna od 18:00 v Radegastovně Perón (Stroupežnického 20, Praha 5). Vítáni jsou všichni příznivci svobodného softwaru a hardwaru, ESP32, DIY, CNC, SDR nebo dobrého piva. Prvních deset účastníků srazu obdrží samolepku There Is No Cloud… just other people's computers. od Free Software Foundation.
Přidat komentář

   Více ...   Přidat zprávičku

> Poslední diskuze

20.2.2018 18:48 / Ivan Majer
portal

20.2.2018 15:57 / Jan Havel
Jak využíváte služby cloudu v podnikání?

16.1.2018 1:08 / Ivan Pittner
verejna ip od o2 ubuntu

15.1.2018 17:26 / Mira Harvalik
Re: Jak udělat HTML/Javascript swiping gallery do mobilu?

30.12.2017 20:16 / Michal Knoll
odmocnina

Více ...

ISSN 1801-3805 | Provozovatel: Pavel Kysilka, IČ: 72868490 (2003-2018) | mail at linuxsoft dot cz | Design: www.megadesign.cz | Textová verze