关于动态链接库(dynamic library)里static变量和函数的问题

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前段时间遇到一个问题，如果有多个动态链接库同时link另外一个静态链接库，这个静态库里的全局变量（或者static变量）会怎么样呢？
拍脑袋想想，总共也就这么几种可能：

  1. link(dlopen)时报错，变量重定义
  2. link(dlopen)时没错，执行时用用同一个变量
  3. link(dlopen)时没错，执行时分别有不同的变量
  4. link(dlopen)时报错，未定义的变量

仔细想想，分析一下，各种可能性都有，得看这些库和可执行文件是怎么编译链接的才行，具体看下面的各种case。
同时，测试的code里在dynamic里加上了同名的函数，看看函数会有什么表现。

假设有如下文件(code见Gist)：

    common.h
    common.cpp  // 生成libcommon.a
    dynamic1.h
    dynami1.cpp  // 生成libdynamic1.so
    dynamic2.h
    dynamic2.cpp // 生成libdynamic2.so
    main.cpp  // 生成main

生成libcommon.a总是这么编译：

    g++  -g -Wall -Wextra  -c -o common.o common.cpp
    ar rcs libcommon.a common.o
  • Case 0: 动态链接库不link .a，main直接link .so，生成main的时候也不link .a 
        g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic1.so dynamic1.cpp
    g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic2.so dynamic2.cpp
    g++ -DDIRECT_CALL_SO -o main main.cpp -L. -ldynamic1 -ldynamic2

    这种情况结果显然是4，link时出错，找不到.a里的函数。

  • Case 1: 动态链接库不link .a，main直接link .so，生成main的时候link .a 
        g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic1.so dynamic1.cpp
    g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic2.so dynamic2.cpp
    g++ -DDIRECT_CALL_SO -o main main.cpp -L. -ldynamic1 -ldynamic2 -lcommon
    LD_LIBRARY_PATH=. ./main

    这种情况下执行的结果是2，link时没错，执行时看到的也是同一个变量。
    GetInt()返回值是1，它依赖于-l的顺序，如果-ldynamic2在前，返回值就是2了。

  • Case 2: 动态链接库link .a，main直接link .so，生成main的时候无所谓要不要link .a 
        g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic1.so dynamic1.cpp -L. -lcommon
    g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic2.so dynamic2.cpp -L. -lcommon
    g++ -DDIRECT_CALL_SO -o main main.cpp -L. -ldynamic1 -ldynamic2
    LD_LIBRARY_PATH=. ./main

    执行结果同上

  • Case 3: 动态链接库不link .a，main不链接.so，通过dlopen()调用so，无所谓链接.a 
        g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic1.so dynamic1.cpp
    g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic2.so dynamic2.cpp
    g++ -o main main.cpp -ldl [-L. -lcommon]
    LD_LIBRARY_PATH=. ./main

    执行结果是4，dlopen的时候找不到 GetGlobalStatic()。

  • Case 4: 动态链接库link .a，main不链接.so，通过dlopen()调用so(不用RTLD_GLOBAL)，无所谓链接.a 
        g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic1.so dynamic1.cpp -L. -lcommon
    g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic2.so dynamic2.cpp -L. -lcommon
    g++ -o main main.cpp -ldl
    LD_LIBRARY_PATH=. ./main

    执行结果是3，各有各自的变量。
    GetInt()返回的也是各自的变量。

  • Case 5: 动态链接库link .a，main不链接.so，通过dlopen()调用so(使用RTLD_GLOBAL)，无所谓链接.a 
        g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic1.so dynamic1.cpp -L. -lcommon
    g++ -g -Wall -Wextra -fPIC -shared -o libdynamic2.so dynamic2.cpp -L. -lcommon
    g++ -DUSE_RTLD_GLOBAL -o main main.cpp -ldl -L. -lcommon
    LD_LIBRARY_PATH=. ./main

    执行结果变成2了，执行时看到了同一个变量。
    GetInt()返回的仍然是各自的变量。

看了这么多case，结果1怎么没有出现呢？别急，如果编译的时候全部编译在一起：

    g++ -DDIRECT_CALL_SO -o main main.cpp dynamic1.cpp dynamic2.cpp common.cpp

就出错了，GetInt()重定义。

结论

  • 对于不同so link的.a里的变量:
    1. 如果是直接link的，总是用同一个变量。仔细想想肯定是这样，否则一定会出现multiple definition
    2. 如果是dlopen，它依赖dlopen()的flag：
      • 如果是RTLD_LOCAL(默认)，各个so会使用各自的.a里的变量。
      • 如果用RTLD_GLOBAL，就跟直接link一样，用同一个变量了。
  • 对于不同so里的同名函数:
    1. 通过dynamic link或者dlopen时不会出现变量重定义;
    2. 直接link时的顺序决定了main使用哪个so的实现
    3. dlopen的话，它们有各自的函数
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