c++ - 动态链接时共享库中的全局变量和静态变量会发生什么情况？

Question

我试图了解当具有全局变量和静态变量的模块动态链接到应用程序时会发生什么。我所说的模块是指解决方案中的每个项目(我经常使用 visual studio!)。这些模块内置于 *.lib 或 *.dll 或 *.exe 本身。

我了解应用程序的二进制文件包含数据段中所有单个翻译单元(目标文件)的全局和静态数据(如果是常量，则为只读数据段)。

• 当此应用程序使用具有加载时动态链接的模块 A 时会发生什么？我假设 DLL 有一个用于全局和静态的部分。操作系统是否加载它们？如果是这样，它们会加载到哪里？

• 当应用程序使用带有运行时动态链接的模块 B 时会发生什么情况？

• 如果我的应用程序中有两个模块都使用 A 和 B，是否会按如下所述创建 A 和 B 的全局变量的拷贝(如果它们是不同的进程)？

• DLL A 和 B 是否可以访问应用程序全局变量？

(请同时说明你的理由)

引自MSDN :

Variables that are declared as global in a DLL source code file are treated as global variables by the compiler and linker, but each process that loads a given DLL gets its own copy of that DLL's global variables. The scope of static variables is limited to the block in which the static variables are declared. As a result, each process has its own instance of the DLL global and static variables by default.

来自here :

When dynamically linking modules, it can be unclear whether different libraries have their own instances of globals or whether the globals are shared.

谢谢。

Answer 1

这是 Windows 和类 Unix 系统之间一个非常著名的区别。

无论如何:

• 每个 进程 都有自己的地址空间，这意味着进程之间永远不会共享任何内存(除非您使用某些进程间通信库或扩展)。
• 单一定义规则 (ODR) 仍然适用，这意味着您只能在链接时(静态或动态链接)看到全局变量的一个定义。

因此，这里的关键问题实际上是可见性。

在所有情况下，static 全局变量(或函数)永远不会从模块(dll/so 或可执行文件)外部可见。 C++ 标准要求它们具有内部链接，这意味着它们在定义它们的翻译单元(成为目标文件)之外是不可见的。所以，这解决了这个问题。

当你有 extern 全局变量时，事情就变得复杂了。在这里，Windows 和类 Unix 系统完全不同。

对于 Windows(.exe 和 .dll)，extern 全局变量不是导出符号的一部分。换句话说，不同的模块决不会知道其他模块中定义的全局变量。这意味着如果您尝试创建一个应该使用 DLL 中定义的 extern 变量的可执行文件，您将遇到链接器错误，因为这是不允许的。您需要提供一个目标文件(或静态库)，其中包含该外部变量的定义，并将其与可执行文件和 DLL 静态链接，从而产生两个不同的全局变量(一个属于可执行文件和一个属于 DLL)。

要在 Windows 中实际导出全局变量，您必须使用类似于函数导出/导入语法的语法，即:

#ifdef COMPILING_THE_DLL
#define MY_DLL_EXPORT extern "C" __declspec(dllexport)
#else
#define MY_DLL_EXPORT extern "C" __declspec(dllimport)
#endif

MY_DLL_EXPORT int my_global;

执行此操作时，全局变量将添加到导出符号列表中，并且可以像所有其他函数一样进行链接。

在类 Unix 环境(如 Linux)的情况下，动态库称为“共享对象”，扩展名为 .so 导出所有 extern 全局变量(或功能)。在这种情况下，如果您加载时从任何地方链接到一个共享对象文件，那么全局变量是共享的，即作为一个链接在一起。基本上，类 Unix 系统的设计目的是使链接静态库或动态库之间几乎没有区别。同样，ODR 全面适用:extern 全局变量将在模块之间共享，这意味着它在所有加载的模块中应该只有一个定义。

最后，在这两种情况下，对于 Windows 或类 Unix 系统，您都可以运行时链接动态库，即使用 LoadLibrary()/GetProcAddress()/FreeLibrary() 或 dlopen()/dlsym()/dlclose( )。在这种情况下，您必须手动获取指向您希望使用的每个符号的指针，其中包括您希望使用的全局变量。对于全局变量，您可以像对函数一样使用 GetProcAddress() 或 dlsym()，前提是全局变量是导出符号列表的一部分(按照前面段落的规则)。

当然，作为必要的最后说明:应避免使用全局变量。而且我相信你引用的文字(关于“不清楚”的事情)正是指我刚刚解释的特定于平台的差异(动态库并不是由 C++ 标准真正定义的，这是特定于平台的领域，意思是它可靠性/便携性要差得多)。