KDevelop (4) - linkujeme shared library

Čo je to „shared library“?

Na úvod si "shared library" trocha predstavíme.(pôjde len o zjednodušený popis) Shared library, alebo zdieľaná knižnica je niečo podobné, ako dobre známe windowsácke dll(dynamicky prilinkovateľná knižnica). Prestavte si napríklad, že Váš program potrebuje prehrávať MP3 súbor. Bolo by veľmi neefektívne(časovo i priestorovo) a náchylné na chyby, keby každý program, ktorý chce mp3ky prehrať musel mať svoj vlastný algoritmus na ich dekódovanie a manipuláciu s nimi. Tento problém sa dá vyriešiť omnoho elegantnejšie a to tak, že funkcie na prácu z mp3 súbormi uložíme do externého súboru=knižnice, ktorú potom môže použiť ľubovoľný program. Toto má viacero výhod (a zďaľeka nevypíšem všetky):

• Šetríme miestom na disku
• Šetríme pamäťou (systém môže zabezpečiť, aby bola knižnica načítaná v pamäti iba raz, napriek tomu, že ju používa viacero programov)
• Ak vyjde nová verzia knižnice s kompatibilným API (rozhraním), napríklad opravujúca bugy, stačí aktualizovať samotnú knižnicu a všetky programy automaticky použijú novú opravenú verziu. (t.j. netreba aktualizovať všetky programy)
• Pomocou zdieľaných knižníc môžeme dynamicky rozširovať funkčnosť programu za behu (áno zdieľané knižnice sa dajú načítať aj zavrieť za behu)
• Tisíce takýchto knižníc určených na rôzny účel je už dávno na svete a čakajú len na to, kedy ich objavíte
• Progamovanie GUI je v 90% prípadov riešené tiež cez zdieľané knižnice (Gtk, Qt)

Ako začať

Vytvoríme si „Hello world“ C++ projekt a ukážkovou knižnicou ktorú budeme linkovať je dobre známa SDL (používaná na vývoj multiplatformových hier). Z toho dôvodu treba samozrejme knižnicu SDL nainštalovať a takisto budete potrebovať balík SDL-devel (balík z hlavičkovými súbormi, v iných distribúciach sa môže volať inak!!!). Naša ukážková aplikácia „zneužije“ knižnicu SDL na zobrazenie obrázka na monitor a po 2,5 sekundách sa sama ukončí.

Upravujeme zdroják. Pokus č.1

Na začiatok hlavného zdrojového súboru (ten v ktorom sa nachádza funkcia main), tesne za všetky direktívy #include vložíme:

SDL_Surface *screen;

Skúsime projekt skompilovať. Samozrejme, že kompilátor vyhlási na pridanom riadku chybu. Typ SDL_Surface predsa nieje nikde deklarovaný.

Upravujeme zdroják. Pokus č.2

Do nášho Hello World projektu pridáme hlavičkový súbor SDL.h

#include <SDL/SDL.h>

Skúsime projekt skompilovať. Ak kompilátor vyhlásil chybu, že nenašiel SDL.h, pravdepodobne nemáte správne nainštalované SDL vývojové prostredie (SDL-devel). Ak máme vývojové prostredie nainštalované správne, náš projekt by sa mal skompilovať.

Upravujeme zdroják. Pokus č.3

Problém nastane, keď do funkcie main pridáme nejakú funkciu zo SDL.h. Riadok:

cout << "Hello, world!" << endl;

nahradíme riadkom:

SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO);

a skúsime program skompilovať. Narazíme na chybu (tentoraz nám ju vypíše linker, nie kompilátor):

undefined reference to `SDL_Init'

Kde je problém? Zahrnutím SDL/SDL.h sme funkciu SDL_Init len deklarovali, t.j. v SDL.h nieje samotná implementácia tejto funkcie. Kompilátor teda vie: „Existuje funkcia SDL_Init ktorá ma takéto parametre a takúto návratovú hodnotu.“ a preto súbor skompilujte. Nevie ale, kde samotnú funkciu (jej kód) SDL_Init nájsť. Poskytnúť implementáciu tejto funkcie, keďže sa nenachádza v tom istom súbore ako náš kód, je úlohou linkera. Linker jednoducho (teda vlastne zložito ;-) ) hľadá implementácie použitých funkcií vo všetkých vstupných súboroch a potom vytvorí hotový „zlinkovaný“ výstupný súbor. Takto môžeme zlinkovať viacero objektových súborov, statických knižníc a v neposlednom rade knižníc zdieľaných/dynamických. Rozdiel je pri zdieľaných knižniciach v tom, že knižnica nieje priamo pripojená do výstupného súboru, ale linkovanie prebehne automaticky až pri spustení programu. Pri zdieľaných knižniciach potrebujeme linkéru povedať, v ktorej knižnici má implementácie hľadať a teda ktoré knižnice má program pri svojom spustení načítať.

Let's go

V Kdevelope sa knižnice pridávajú jednoducho. Otvoríme správcu automake na pravom sidepaneli, označíme aktuálny projekt(v spodnej časti) a klikneme na ikonku kľúča v spodnej časti. Potom vyberieme kartu libraries , kde do sekcie „Link libraries outside project“ pridajte „-lSDL“

Po potvrdení zmien by sa nám mal projekt úspešne skompilovať. Ostatné knižnice používame rovnakým spôsobom.

Konvencie pomenovania knižníc

Knižnice majú obvykle vlastné meno (napr. v našom príklade to bolo SDL), meno súboru knižnice je potom urobené podľa takejto schémy libSDL-1.2.so. Pri linkovaní sa však použije len -lSDL, pričom linkér sám zistí verziu, ktorú použije (ak sa pozriete napríklad do adresára /lib, zistíte že veľkú časť práce pri tom zohrávajú symlinky), pričom prefix „lib“ sa tiež neuvádza.

Podľa tejto schémy je možné ľahko odhadnúť, ako prilinkovať ktorúkoľvek knižnicu. Ak sa pomenovanie knižnice odlišuje od zaužívaného, zostáva len obrátiť sa na dokumentáciu, prípadne vyhľadať súbor na disku.

Tak trochu natiahnutý záver

Preto, aby ste mali lepší dojem z práce a motiváciu, napíšem ešte ukážkovú SDL aplikáciu sľúbenú v úvode. Na jej použitie stačí mať prilinkovanú knižnicu SDL.

Kód vo funkcii main nahradíme týmto:

/* Initialize the SDL library */
  if( SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO) < 0 ) {
    fprintf(stderr,
      "Couldn't initialize SDL: %s\n", SDL_GetError());
    exit(1);
  }

  /* Clean up on exit */
  atexit(SDL_Quit);
    
  /*
   * Initialize the display in a 640x480 32-bit mode,
   * requesting a software surface
   */
  screen = SDL_SetVideoMode(640, 480, 32, SDL_SWSURFACE);
  if ( screen == NULL ) {
    fprintf(stderr, "Couldn't set 640x480x32 video mode: %s\n",
              SDL_GetError());
    exit(1);
  }

  char fname[]="wallpaper.bmp";
  display_bmp(fname);

  SDL_Delay(2500);
  return EXIT_SUCCESS;

A nad funkciu main pridáme túto funkciu:

void display_bmp(char *file_name)
{
    SDL_Surface *image;

    /* Load the BMP file into a surface */
    image = SDL_LoadBMP(file_name);
    if (image == NULL) {
        fprintf(stderr, "Couldn't load %s: %s\n", file_name, SDL_GetError());
        return;
    }

    /* Blit onto the screen surface */
    if(SDL_BlitSurface(image, NULL, screen, NULL) < 0)
        fprintf(stderr, "BlitSurface error: %s\n", SDL_GetError());

    SDL_UpdateRect(screen, 0, 0, image->w, image->h);

    /* Free the allocated BMP surface */
    SDL_FreeSurface(image);
}

Do adresára debug/src skopírujte ľubovoľný obrázok vo formáte bmp, najlepšie z rozlíšením 640x480 . Teraz stačí projekt skompilovať a spustiť. Mala by sa Vám objaviť konzola a v popredí vybraný obrázok.

Timotej Šiškovič