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Linux中的算法分离手段

article 2024/11/18 2:23:11

0. 简介

参数分离对于绝大多数算法开发来说收益是非常大的，因为我们都知道，随着平台的更替，很多时候如果说数据流和算法交叠在一起（即接口与实现合在一起）。这将有可能会导致在迁移平台时候会导致代码难以维护，并有可能会造成莫名的Bug。为了使代码更易于维护和扩展，在修改通信接口时不需要修改相关的算法代码，本文的下面将会介绍几种常用的方法。

1. 通过动态链接库完成链接

动态链接库（Dynamic Link Library，简称DLL）是一种在操作系统中用于共享代码和数据的机制。它是一种可执行的二进制文件，可以被多个程序同时使用，以提高代码的重用性和模块化程度。在C++算法分离中，动态链接库可以用于将算法代码从应用程序中分离出来，使得算法可以独立开发、测试和优化，同时也方便应用程序的调用和升级。

使用动态链接库可以使得算法代码和应用程序代码分别编译和链接，从而实现分离。这样一来，算法代码的修改和升级不会对应用程序造成影响，而应用程序也不必重新编译和链接。动态链接库还可以提高代码的重用性和可维护性，因为同一份动态链接库可以被多个应用程序使用，而且如果需要更新动态链接库，只需替换原文件即可。

对于动态链接库来说，主要分成两步。首先，需要在算法代码中明确定义导出函数（Export Function），以供应用程序调用。

比如说我们会创建一个函数my_pack_test.cpp

#include <stdio.h>
void foobar(int i)
{
  printf("Printing from my_pack_test.so %d\n", i);
}

CMakeList.txt

# include_directories( 这个括号里添加此项目依赖的头文件路径 )
 include_directories(../include)
add_library(my_pack_test 
# SHARED 字段指定testJni为动态链接库
SHARED 
# my_pack_test,为testJni库的cpp文件（生成testJni所需要的cpp都写到此处）
my_pack_test.cpp
)
# libgadl.so 为该testJni库需要链接的so库
target_link_libraries(testJni /home/lib/libgdal.so)
install(TARGETS my_pack_test LIBRARY DESTINATION lib)

这样我们就可以生成一个.so文件了。然后我们就需要在应用程序中使用动态链接库的导入函数（Import Function），以便在程序运行时动态加载动态链接库，并调用其中的算法函数。最后，需要将动态链接库文件放置在应用程序能够搜索到的路径下，以便程序能够找到它。

#include <iostream>
#include "mytool.h" // include the lib header

// include shared lib load
#ifdef _WIN32
#include <windows.h>
#else
#include <dlfcn.h> # in linux, should also link to dl system library when build
#endif

// define shared lib load handler
typedef MyTool *(*CreateMyToolFunc)();

#ifdef _WIN32
HINSTANCE gDllHandler = nullptr;
const char *gDefaultSharedLibPath = "mytool.dll"; // here put it the same path
#else
void *gSoHandler = nullptr;
// 为上面生成的.so文件的绝对路径
const char *gDefaultSharedLibPath = "libmytool.so"; // here put it the same path, some linux must use ./libmytool.so
#endif

int main()
{

#ifdef _WIN32
	// load shared lib
	gDllHandler = LoadLibrary(gDefaultSharedLibPath);
	if (!gDllHandler)
		std::cout << "load shared lib failed" << std::endl;

	CreateMyToolFunc create_mytool = (CreateMyToolFunc)(GetProcAddress(gDllHandler, "CreateMyTool"));
	MyTool *my_tool = create_mytool(); // get the derived class instance from shared lib

	my_tool->fun1();
	int z = my_tool->fun2(2, 3);
	printf("z: %d", z);

	// when all done, unload shared lib
	FreeLibrary(gDllHandler);
	gDllHandler = nullptr;
#else
    // 加载指定的 .so 文件
	gSoHandler = dlopen(gDefaultSharedLibPath, RTLD_LAZY);
	if (!gSoHandler)
		std::cout << "load shared lib failed" << std::endl;

	CreateMyToolFunc create_mytool = (CreateMyToolFunc)(dlsym(gSoHandler, "CreateMyTool"));
    // 查找函数create_mytool，并返回函数指针
	MyTool *my_tool = create_mytool(); // get the derived class instance from shared lib
	// 调用对应的foobar函数打印输出
	my_tool->fun1();
	int z = my_tool->fun2(2, 3);
	printf("z: %d", z);

	// when all done, unload shared lib
	dlclose(gSoHandler);
	gSoHandler = nullptr;
#endif

	return 0;
}

dlopen：该函数将打开一个新库，并把它装入内存。该函数主要用来加载库中的符号，这些符号在编译的时候是不知道的。这种机制使得在系统中添加或者删除一个模块时，都不需要重新进行编译。
dlsym：在打开的动态库中查找符号的值。
dlclose：关闭动态库。
dlerror：返回一个描述最后一次调用dlopen、dlsym，或dlclose的错误信息的字符串。

2. 通过进程完成链接

2.1 fork()完成子进程和父进程的操作

pid_t fork(void);

0：子进程
子进程PID(大于0的整数)：父进程
-1：出错

使用fork函数得到的子进程从父进程的继承了整个进程的地址空间，包括：
进程上下文、进程堆栈、内存信息、打开的文件描述符、信号控制设置、进程优先级、进程组号、当前工作目录、根目录、资源限制、控制终端等。
子进程与父进程的区别在于：
1、父进程设置的锁，子进程不继承（因为如果是排它锁，被继承的话，矛盾了）
2、各自的进程ID和父进程ID不同
3、子进程的未决告警被清除；
4、子进程的未决信号集设置为空集

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int glob = 6;
int main()
{
    int local;
    int pid;

    local = 88; 
    
    printf("parent[pid = %d]: before fork, glob(&glob) = %d(%p), local(&local) = %d(%p)\n",
        getpid(), glob, &glob, local, &local );
    
    if((pid = fork()) < 0) {
        perror("fail to fork");
        return -1; 
    }   
    
    if(pid == 0) { /* child process */
        printf("child[pid = %d]: after fork, glob(&glob) = %d(%p), local(&local) = %d(%p)\n",
            getpid(), glob, &glob, local, &local );
        glob++;
        local++;    
        printf("child[pid = %d]: changed data after fork, glob(&glob) = %d(%p), local(&local) = %d(%p)\n",
            getpid(), glob, &glob, local, &local );
    }else { /* parent process */
        sleep(2);
        printf("parent[pid = %d]: after fork, glob(&glob) = %d(%p), local(&local) = %d(%p)\n",
            getpid(), glob, &glob, local, &local );
    }   
    /* return euqal to exit(0), but exit may cause a compile warning
     * due to main() is declared to return with an integter 
     */
    
    return 0;  
}