C++ dlopen mini HOWTO

출처 : http://wiki.kldp.org/wiki.php/DocbookSgml/C++-dlopen

C++ dlopen mini HOWTO

IsottonAaron

<aaron (at) isotton.com>

김경태

<nullnull4u (at) hanmail.net>

dlopen API를 이용하여 동적으로 C++ 함수와 클래스를 적재하는 방법을 설명한다.

고친 과정
고침 1.00	2002-06-19	고친이 AI
copyright와 license부분을 앞쪽으로 옮겼다. 용어에 관한 부분을 추가했다. 약간 변화가 있었다.
고침 0.97	2002-06-19	고친이 JYG
문장과 문법을 약간 가다듬었다.
고침 0.96	2002-06-12	고친이 AI
참고 문헌을 추가했다. 외부 함수와 변수들의 설명을 수정했다.
고침 0.95	2002-06-11	고친이 AI
아주 약간 개선.
고침 0.9	2002-06-10	고친이 AI
초안 작성.

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차례

1. 소개

1.1. Copyright and License

1.2. 경고(Disclaimer)

1.3. 도와 주신분

1.4. Feedback

1.5. 이 문서에서 쓰인 용어들

2. 문제

2.1. Name Mangling

2.2. Classes

3. 해결 방법

3.1. extern "C"

3.2. 함수를 적재하는 법

3.3. 클래스를 적재하는 법

4. See Also

서지사항

1. 소개

Unix C++ 프로그래머 사이에서 자주 발생하는 질문은 dlopenAPI를 이용하여 C++ 함수와 클래스를 적재하는 방법에 관한 것입니다.

사실 이것은 항상 간단한 것만은 아니기 때문에,약간의 설명이 필요합니다. 이 mini HOWTO에서 그것에 관한 내용을 다루고 있습니다.

이 문서를 이해하기 위해서는 C, C++,그리고dlopen API 에 대해서 어느 정도 알고 있어야 할 것입니다.

이 HOWTO의 원문은 http://www.isotton.com/howtos/C++-dlopen-mini-HOWTO/에 있습니다.

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1.1. Copyright and License

이 문서 C++ dlopen mini HOWTO의 저작권은 Aaron Isotton 에게 있습니다. 자유 소프트웨어 재단에서 발표한, 1.1 혹은 그 이후 버전의 GNU Free Documentation License의 조항에 따라 이 문서를 복사하거나, 배포 혹은 변경하는 것이 허용됩니다.

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1.2. 경고(Disclaimer)

이 문서의 내용으로 인한 책임은 지지 않습니다. 여기에 쓰여진 개념이나 예제 그리고 정보를 사용하여 발생한 문제에 대한 책임은 모두 당신의 책임입니다. 여기에는 당신의 시스템에 피해를 줄 수 있는 오류나 부정확한 것들이 있을수도 있습니다. 주의하여 주시기 바라며, 저는 여기에 어떠한 책임도 지지 않을 것입니다.

모든 저작권은 구체적으로 언급하지 않았다면, 그것들 각각의 소유자가 가지고 있습니다. 이 문서에 있는 용어의 사용이 어느 등록상표나 서비스 마크의 효력에 영향을 끼치는 것으로 간주해서는 안 됩니다. 특별한 제품이나 브랜드를 지명하는 것이 상품등의 추천으로 보여서는 안 됩니다.

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1.3. 도와 주신분

이 문서에서, 나는 이 분들께 감사하게 되어 기쁘게 생각합니다.

• Joy Y Goodreau 씨<joyg (at) us.ibm.com> 는 교정에 도움을 주셨습니다.

• D. Stimitis 씨<stimitis (at) idcomm.com> 는 formatting 과 name mangling에 대한 몇가지 이슈를 지적해주셨고, extern "C"에 대한 몇가지 난해한 점을 지적해주셨습니다.

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1.4. Feedback

이 문서에 대한 반응은 언제나 환영입니다. 당신이 추가했으면 하는 것, 의견, 비판을 다음 주소로 보내주시기 바랍니다 <aaron@isotton.com>.

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1.5. 이 문서에서 쓰인 용어들

dlopen API

dlclose, dlerror, dlopen,그리고 dlsym 함수는 dlopen(3) 매뉴얼 페이지에서 설명하고 있습니다.

이 글에서"dlopen"이라고 썼을 때는, dlopen함수 하나를 지칭하는 것이고, "dlopen API" 라고 썼을 때에는, API 전체를 지칭하는 것입니다.

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2. 문제

프로그램이 실행될때, 라이브러리를 적재해야 할 때가 가끔씩 있을 것입니다. 당신이 프로그램에 들어가는 플러그인이나 모듈을 만들고 있을때 이러한 일은 종종 발생합니다.

C언어에서, 동적으로 라이브러리를 적재하는 것은 매우 간단합니다. (dlopen, dlsym 그리고 dlclose를 호출하는 것만으로 충분합니다) C++에서는 약간 더 복잡합니다. C++ 라이브러리를 동적으로 적재하는 것이 어려운 이유중에 일부분은name mangling 때문이고, 일부분은 dlopen API가 C를 염두에 두고 만들어졌기 때문에 class를 적재하는 적당한 방법을 제공하지 못하기 때문입니다.

C++에서 라이브러리를 적재하는 방법에 대해 설명하기 전에, name mangling에 대해서 자세히 살펴보고, 문제를 분석해 봅시다. 비록 당신이 name mangling에 관심이 없더라도, 나는 당신이 그것에 대한 설명을 읽기를 바랍니다. 왜냐하면 그것은 당신이 왜 문제가 발생하고 어떻개 해결해야 하는지를 이해하는데 도움을 주기 때문입니다.

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2.1. Name Mangling

모든 C++프로그램(혹은 라이브러리나 Object 파일)에서, 모든 non-static 함수는 이진 파일에서 symbol로 표현됩니다. 이러한 symbol들은 프로그램(혹은 라이브러리나 Object 파일)에서, 유일하게 함수를 확인하는, 특수한 문자열입니다.

C에서는, symbol의 이름은 함수의 이름과 동일합니다. strcpy의 symbol은 strcpy입니다. C에서는 두개의 non-static 함수가 같은 이름을 가질 수 없기 때문에 이것이 가능합니다.

C++은 오버로딩을 허용하고 (같은 이름을 가지지만 인자가 다른 함수를 정의할 수 있다), C가 가지고 있지 않은 여러가지 특징들 — Class, member function, exception specifications — 을 가지고 있기 때문에, 그냥 단순히 함수 이름을 symbol 이름으로 쓸 수는 없습니다. 이 문제를 해결하기 위해서, C++에서는name mangling(이름 엉망으로 만들기)이라는 것을 사용합니다. 이것은 함수이름과 모든 필요한 정보 모두를(인자의 크기나 갯수와 같은) 컴파일러만이 알아볼 수 있는 이상한 문자열로 바꿔버립니다. 예를 들어 foo라는 함수가 있다면, name mangling에 의해 foo@4%6^로 바뀔 것입니다.

name mangling과 관련하여 생기는 문제점의 하나는 C++ 표준 (현재는 [ISO14882])이 그 방법을 정의해 놓지 않았다는 점입니다. 이것은 모든 컴파일러들마다 자기만의 방법 으로 name mangling을 한다는 것을 의미합니다. 어떤 컴파일러는 name mangling 알고리즘이 버전에 따라 다르기도 합니다. (g++ 2.x 와 3.x에서 뚜렷하게 드러납니다.) 비록 당신이 특정한 컴파일러가 어떻게 이름을 바꾸는지 이해했다고 해도(그래서 dlsym을 통해 그 함수를 적재할 수 있게 된다고 해도), 그것은 아마 그 특정한 컴파일러에서만 효과가 있을 것이고, 다음 버전의 컴파일러에서는 이미 사용할 수 없을지도 모릅니다.

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2.2. Classes

dlopen API 의 또다른 문제는, 이들이함수를 적재하는 것만을 지원하고 있다는 점입니다. 하지만 C++에서는 라이브러리가 종종 당신이 프로그램에서 쓰고자 하는 Class를 노출시키고는 합니다. 분명히, 클래스를 사용하기 위해서 당신은 그것의 인스턴스를 만들어야 하지만, 그것은 쉽지 않습니다.

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3. 해결 방법

3.1. extern "C"

C++에는 extern "C"라는, C binding으로 함수를 정의하는 특별한 키워드가 있습니다. extern "C"로서 선언된 함수는 C처럼 함수의 이름을 symbol의 이름으로 사용합니다. 이러한 이유로, 멤버함수가 아닌 함수들만이 extern "C"로서 선언될 수 있고, 이러한 함수들은 오버로딩을 할 수 없습니다.

이런 심한 제한이 있지만, extern "C"함수는 C 함수처럼 dlopen을 써서 동적으로 적재할 수 있기 때문에 매우 유용합니다.

이것은 extern "C"로 선언된 함수가 C++ 코드를 포함할 수 없다는 것을 의미하는 것이아닙니다. 이런 함수는 어느 종류의 인자라도 받을 수 있고, C++의 특징을 쓸 수 있습니다.

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3.2. 함수를 적재하는 법

C++에서 함수는 dlsym을 통해 C처럼 적재됩니다. 당신이 적재하고자 하는 함수는 symbol의 이름이 엉망으로 되지 않도록(name mangling이 이루어지지 않도록), extern "C"로서의 자격을 갖춰야 할 것입니다.

예 1. 함수를 적재하기

main.cpp:

#include <iostream> #include <dlfcn.h> int main() { using std::cout; using std::cerr; cout << "C++ dlopen demo\n\n"; // open the library cout << "Opening hello.so...\n"; void* handle = dlopen("./hello.so", RTLD_LAZY); if (!handle) { cerr << "Cannot open library: " << dlerror() << '\n'; return 1; } // load the symbol cout << "Loading symbol hello...\n"; typedef void (*hello_t)(); hello_t hello = (hello_t) dlsym(handle, "hello"); if (!hello) { cerr << "Cannot load symbol 'hello': " << dlerror() << '\n'; dlclose(handle); return 1; } // use it to do the calculation cout << "Calling hello...\n"; hello(); // close the library cout << "Closing library...\n"; dlclose(handle); }

hello.cpp:

#include <iostream> extern "C" void hello() { std::cout << "hello" << '\n'; }

hello라는 함수는 hello.cpp에서 extern "C"로 선언되었습니다. 이것은 main.cpp에서 dlsym을 사용하여 적재할 수 있습니다. 함수는 extern "C" 로서의 자격을 갖추어야 합니다. 그렇지 않다면 우리는 hello 함수의 symbol의 이름을 알 수 없을테니까요.

주의

extern "C"의 선언에는 두가지의 다른 형태가 있습니다: 하나는 위에서 썼던extern "C"의 방법이고, 또 다른 하나는 extern "C" { … }형태로 중괄호 사이에 선언이 들어가는 방법입니다. 첫번째(inline)형태는 extern 연결과 C 언어 연결을 갖습니다. 두번째 형태는 C언어 연결에만 영향을 끼칩니다. 따라서 아래의 두 가지 선언 방법은 동일한 것입니다. extern "C" int foo; extern "C" void bar(); extern "C" { extern int foo; extern void bar(); } extern과 extern이 아닌 함수의 선언에는 차이가 없기때문에, 당신이 어떠한 변수도 선언하지 않는 한 문제가 없습니다. 당신이 변수를 선언한다면,다음의 두 선언 방법은 같지 않다는 것을 명심해야 합니다. extern "C" int foo; extern "C" { int foo; } 좀 더 자세한 설명을 원하시면, paragraph 7에 주의를 기울여 [ISO14882]의 7.5를 읽어보시거나, [STR2000]의 paragraph 9.2.4.를 참조해주십시오. 외부 변수로 무언가를 하기 전에, see also부분에 적혀 있는 문서들을 정독해주시기 바랍니다.

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3.3. 클래스를 적재하는 법

클래스를 적재하는 것은 좀 더 어렵습니다. 왜냐하면 우리는 클래스의인스턴스를 필요로 하지, 함수에 대한 포인터를 필요로 하는게 아니기 때문입니다.

클래스가 실행파일에 정의되어 있지 않은데다가,(몇몇 상황에서는) 클래스의 이름조차도 알 수 없기 때문에, 우리는 new 를 이용하여 클래스의 인스턴스를 생성할 수 없습니다.

이것은 다형성(polymorphism) 을 통해 해결할 수 있습니다. 우리는 기반 클래스, 가상의 멤버를 가지고 있는 인터페이스클래스를 실행파일내에 선언하고, 실제 구현부의 클래스를 모듈 에 선언합니다. 일반적으로 인터페이스 클래스는 추상적입니다. (클래스가 순수가상함수(pure virtual function)을 가지고 있을때 클래스가 추상적이라고 합니다.)

클래스의 동적인 적재는 일반적으로 플러그인 — 명확하게 정의된 인터페이스를 보여주어야 하는 — 에 쓰이기 때문에, 우리는 어쨌거나 인터페이스 클래스와 거기서 파생된 구현부 클래스를 정의해야 합니다.

다음으로,모듈 안에Class factory function이라는 두개의 도움을 주는 함수를 추가로 선언해야 합니다. 이 함수 중 하나는 클래스의 인스턴스를 만들고 그것의 포인터를 반환하는 역할을 하고, 또 다른 하나의 함수는 factory에서 만들어진 함수의 포인터를 받아 그것(클래스의 인스턴스)를 파괴하는 역할을 합니다. 이 두 함수는 extern "C"의 자격을 가지고 있어야 합니다.

클래스를 모듈에서 쓰기 위해서,두개의 factory function을 우리가 hello함수를 적재했던 것처럼dlsym을 사용하여 적재하십시오.그럼 우리는 우리가 원하는 만큼의 인스턴스를 생성할수도 있고, 파괴할 수도 있습니다.

예 2. 클래스를 적재하는 법

여기서 우리는 일반적인다각형을 인터페이스로 하고, 삼각형을 구현부분으로 할 것입니다.

main.cpp:

#include "polygon.hpp" #include <iostream> #include <dlfcn.h> int main() { using std::cout; using std::cerr; // load the triangle library void* triangle = dlopen("./triangle.so", RTLD_LAZY); if (!triangle) { cerr << "Cannot load library: " << dlerror() << '\n'; return 1; } // load the symbols create_t* create_triangle = (create_t*) dlsym(triangle, "create"); destroy_t* destroy_triangle = (destroy_t*) dlsym(triangle, "destroy"); if (!create_triangle || !destroy_triangle) { cerr << "Cannot load symbols: " << dlerror() << '\n'; return 1; } // create an instance of the class polygon* poly = create_triangle(); // use the class poly->set_side_length(7); cout << "The area is: " << poly->area() << '\n'; // destroy the class destroy_triangle(poly); // unload the triangle library dlclose(triangle); }

polygon.hpp:

#ifndef POLYGON_HPP #define POLYGON_HPP class polygon { protected: double side_length_; public: polygon() : side_length_(0) {} void set_side_length(double side_length) { side_length_ = side_length; } virtual double area() const = 0; }; // the types of the class factories typedef polygon* create_t(); typedef void destroy_t(polygon*); #endif

triangle.cpp:

#include "polygon.hpp" #include <cmath> class triangle : public polygon { public: virtual double area() const { return side_length_ * side_length_ * sqrt(3) / 2; } }; // the class factories extern "C" polygon* create() { return new triangle; } extern "C" void destroy(polygon* p) { delete p; }

클래스를 적재할때 주의해야 할 점이 몇가지 있습니다:

• 당신은 인스턴스를 생성하는 함수와 파괴하는 함수를 모두 제공해야 합니다. 또 당신이 인스턴스를 파괴할때에는 실행파일 내에서 delete를 이용해서 지우지 마시고 ,항상 모듈로 넘겨서 주시기 바랍니다. 이는 C++ 에서 new와 delete 가 오버로딩 될 수 있기 때문입니다. 이 경우에 서로 맞지 않는 new와delete 가 호출될 수 있고, 그렇게 되면 메모리 누수나 segmentation fault가 일어날 수도 있습니다.이것은 모듈과 실행파일을 링크할때 서로 다른 표준 라이브러리를 사용했을 경우에도 적용됩니다.

• 인터페이스 클래스의 소멸자는 구현부 클래스에 소멸자가 없는경우를 제외하고는 가상(virtual)이어야 합니다. 그렇지 않으면 그것은 호출되지 않을 것이고, 메모리 누수나 segmentation fault가 일어날 수도 있습니다.

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4. See Also

• dlopen(3)의 매뉴얼 페이지를 보십시오. dlopenAPI의 목적과 용도를 설명합니다.

• James Norton 씨가 Linux Journal에 기고했던 글 Dynamic Class Loading for C++ on Linux

• extern "C", 상속, 가상함수, new 와 delete에 대해 나와있는 당신이 즐겨보는 C++ reference. 전 [STR2000]을 추천합니다.

• [ISO14882]

• Program Library HOWTO에서는 당신에게 정적, 공유,동적적재 라이브러리와 그러한 것들을 만드는 방법을 설명해 줄 것입니다. (번역된 문서는http://kldp.org/HOWTO/html/Program-Library-HOWTO/ 에서 볼 수 있다.)

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서지사항

ISO14482 ISO/IEC 14482-1998 — The C++ Programming Language. http://webstore.ansi.org/에서 PDF로 이용가능합니다.

STR2000 Stroustrup Bjarne The C++ Programming Language, Special Edition. ISBN 0-201-70073-5. Addison-Wesley.