c++ - 动态链接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!)。这些模块或者内置在 *.lib 或 *.dll 或 *.exe 本身中。

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(如果为 const，则为只读数据段)。

当这个应用程序使用带有加载时动态链接的模块 A 时会发生什么？我假设 DLL 有一个用于其全局和静态的部分。操作系统会加载它们吗？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？

如果我的应用程序中有两个同时使用 A 和 B 的模块，是否按如下所述创建了 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 系统之间非常著名的区别。

无论:

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(除非您使用一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看到全局变量的一个定义(静态或动态链接)。

所以，这里的关键问题是真正的可见性。

在所有情况下， static全局变量(或函数)从模块外部(dll/so 或可执行文件)永远不可见。 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)之外不可见。所以，这就解决了这个问题。

当您拥有 extern 时，情况会变得复杂。全局变量。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，不同的模块根本不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 extern 的可执行文件，您将得到链接器错误。在 DLL 中定义的变量，因为这是不允许的。您需要提供一个包含该外部变量定义的目标文件(或静态库)，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，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;

当您这样做时，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链接。

对于类 Unix 环境(如 Linux)，动态库称为“共享对象”，扩展名为 .so。全部导出 extern全局变量(或函数)。在这种情况下，如果您从任何地方执行加载时链接到共享对象文件，则全局变量是共享的，即作为一个链接在一起。基本上，类 Unix 系统的设计目的是使与静态库或动态库的链接几乎没有区别。同样，ODR 全面适用: extern全局变量将在模块之间共享，这意味着它应该在所有加载的模块中只有一个定义。

最后，在这两种情况下，对于 Windows 或类 Unix 系统，您都可以执行动态库的运行时链接，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，可以使用 GetProcAddress()或 dlsym()就像你对函数所做的一样，只要全局变量是导出符号列表的一部分(根据前几段的规则)。

当然，作为必要的最后说明: 应避免使用全局变量 .而且我相信您引用的文本(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(动态库并未真正由 C++ 标准定义，这是特定于平台的领域，这意味着它可靠性/便携性要低得多)。