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）：
Q_DECL_EXPORT // 必須添加到符號(hào)聲明中（共享庫項(xiàng)目）
Q_DECL_IMPORT // 必須添加到符號(hào)聲明中（使用共享庫的客戶項(xiàng)目）
Q_DECL_EXPORT // 必須添加到符號(hào)聲明中（共享庫項(xiàng)目）
Q_DECL_IMPORT // 必須添加到符號(hào)聲明中（使用共享庫的客戶項(xiàng)目）
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：
Bil 項(xiàng)目：共享庫項(xiàng)目，輸出Bil.dll和Bil.lib，基礎(chǔ)接口類庫，定義一個(gè)公共的接口IAnimal（抽象類），供客戶項(xiàng)目和插件項(xiàng)目使用；
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：
- #ifndef BIL_H
- #define BIL_H
- #include <Qt/qglobal.h>
- // 定義BIL_SHARE，使用者可以不用再處理符號(hào)的導(dǎo)入和導(dǎo)出細(xì)節(jié)
- #ifdef BIL_LIB
- # define BIL_SHARE Q_DECL_EXPORT
- #else
- # define BIL_SHARE Q_DECL_IMPORT
- #endif
- #endif // BIL_H
- #ifndef BIL_H
- #define BIL_H
- #include <Qt/qglobal.h>
- // 定義BIL_SHARE，使用者可以不用再處理符號(hào)的導(dǎo)入和導(dǎo)出細(xì)節(jié)
- #ifdef BIL_LIB
- # define BIL_SHARE Q_DECL_EXPORT
- #else
- # define BIL_SHARE Q_DECL_IMPORT
- #endif
- #endif // BIL_H
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：
- #ifndef IANIMAL_H
- #define IANIMAL_H
- #include "Bil.h"
- class BIL_SHARE IAnimal
- {
- public:
- IAnimal();
- virtual ~IAnimal();
- public:
- virtual void Eat() = 0;
- virtual void Run() = 0;
- virtual void Sleep() = 0;
- };
-
- #endif // IANIMAL_H
- #ifndef IANIMAL_H
- #define IANIMAL_H
- #include "Bil.h"
- class BIL_SHARE IAnimal
- {
- public:
- IAnimal();
- virtual ~IAnimal();
- public:
- virtual void Eat() = 0;
- virtual void Run() = 0;
- virtual void Sleep() = 0;
- };
- #endif // IANIMAL_H
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？如果使用Visual Studio工程文件，依次展開：項(xiàng)目屬性->配置屬性->C/C++->預(yù)處理器，在預(yù)處理器定義中添加宏BIL_LIB即可；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
- 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：
- #include "IAnimal.h"
- IAnimal::IAnimal()
- {
- }
- IAnimal::~IAnimal()
- {
- }
- #include "IAnimal.h"
- IAnimal::IAnimal()
- {
- }
- IAnimal::~IAnimal()
- {
- }
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。
好了，我們開始編譯吧，生成整個(gè)Bil項(xiàng)目。最終我們得到兩個(gè)輸出文件：Bil.lib 和 Bil.dll。
我們向Animal插件開發(fā)者提供：
兩個(gè)頭文件：Bil.h 和 IAnimal.h
兩個(gè)庫文件：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。
小結(jié)：關(guān)于Qt編寫模塊化插件式應(yīng)用程序 （上篇）的內(nèi)容介紹完了，希望本篇文章對(duì)你有所幫助。請(qǐng)繼續(xù)閱讀 Qt編寫模塊化插件式應(yīng)用程序 （下篇）。