什么是C語言動態庫

這篇文章主要講解了“什么是C語言動態庫”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“什么是C語言動態庫”吧！

什么? 這里竟然躺著一個高性能 base64 庫?

我們以這個 repo 為例: https:// github.com/aklomp/base6 4 . 這是一個 C 編寫的 Base64 編碼/解碼庫, 而且支持SIMD.

可以簡單運行下這個庫的 benchmark:

karminski@router02:/data/works/base64$ make clean && SSSE3_CFLAGS=-mssse3 AVX2_CFLAGS=-mavx2 make && make -C test ... Testing with buffer size 100 KB, fastest of 10 * 100 AVX2    encode  12718.47 MB/sec AVX2    decode  14542.81 MB/sec plain   encode  3657.40 MB/sec plain   decode  3433.23 MB/sec SSSE3   encode  7269.55 MB/sec SSSE3   decode  8173.10 MB/sec ...

我的 CPU 是 Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1246 v3 @ 3.50GHz, 可以看到CPU如果支持 AVX2 的話, 可以達到 12GB/s 以上, 這個性能非常強悍, 甚至連普通的SSD都跟不上了.

我們需要的第一步是把這個 repo 編譯為動態庫. 但是這個 repo 并沒有提供動態庫的編譯選項, 所以我們魔改下這個項目的 Makefile.

CFLAGS += -std=c99 -O3 -Wall -Wextra -pedantic  # Set OBJCOPY if not defined by environment: OBJCOPY ?= objcopy  OBJS = \   lib/arch/avx2/codec.o \   lib/arch/generic/codec.o \   lib/arch/neon32/codec.o \   lib/arch/neon64/codec.o \   lib/arch/ssse3/codec.o \   lib/arch/sse41/codec.o \   lib/arch/sse42/codec.o \   lib/arch/avx/codec.o \   lib/lib.o \   lib/codec_choose.o \   lib/tables/tables.o  SOOBJS = \   lib/arch/avx2/codec.so \   lib/arch/generic/codec.so \   lib/arch/neon32/codec.so \   lib/arch/neon64/codec.so \   lib/arch/ssse3/codec.so \   lib/arch/sse41/codec.so \   lib/arch/sse42/codec.so \   lib/arch/avx/codec.so \   lib/lib.so \   lib/codec_choose.so \   lib/tables/tables.so  HAVE_AVX2   = 0 HAVE_NEON32 = 0 HAVE_NEON64 = 0 HAVE_SSSE3  = 0 HAVE_SSE41  = 0 HAVE_SSE42  = 0 HAVE_AVX    = 0  # The user should supply compiler flags for the codecs they want to build. # Check which codecs we're going to include: ifdef AVX2_CFLAGS   HAVE_AVX2 = 1 endif ifdef NEON32_CFLAGS   HAVE_NEON32 = 1 endif ifdef NEON64_CFLAGS   HAVE_NEON64 = 1 endif ifdef SSSE3_CFLAGS   HAVE_SSSE3 = 1 endif ifdef SSE41_CFLAGS   HAVE_SSE41 = 1 endif ifdef SSE42_CFLAGS   HAVE_SSE42 = 1 endif ifdef AVX_CFLAGS   HAVE_AVX = 1 endif ifdef OPENMP   CFLAGS += -fopenmp endif   .PHONY: all analyze clean  all: bin/base64 lib/libbase64.o lib/libbase64.so  bin/base64: bin/base64.o lib/libbase64.o lib/libbase64.so     $(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^  lib/libbase64.o: $(OBJS)     $(LD) -r -o $@ $^     $(OBJCOPY) --keep-global-symbols=lib/exports.txt $@  lib/libbase64.so: $(SOOBJS)     $(LD) -shared -fPIC -o $@ $^     $(OBJCOPY) --keep-global-symbols=lib/exports.txt $@  lib/config.h:     @echo "#define HAVE_AVX2   $(HAVE_AVX2)"    > $@     @echo "#define HAVE_NEON32 $(HAVE_NEON32)" >> $@     @echo "#define HAVE_NEON64 $(HAVE_NEON64)" >> $@     @echo "#define HAVE_SSSE3  $(HAVE_SSSE3)"  >> $@     @echo "#define HAVE_SSE41  $(HAVE_SSE41)"  >> $@     @echo "#define HAVE_SSE42  $(HAVE_SSE42)"  >> $@     @echo "#define HAVE_AVX    $(HAVE_AVX)"    >> $@  $(OBJS): lib/config.h  $(SOOBJS): lib/config.h  # o lib/arch/avx2/codec.o:   CFLAGS += $(AVX2_CFLAGS) lib/arch/neon32/codec.o: CFLAGS += $(NEON32_CFLAGS) lib/arch/neon64/codec.o: CFLAGS += $(NEON64_CFLAGS) lib/arch/ssse3/codec.o:  CFLAGS += $(SSSE3_CFLAGS) lib/arch/sse41/codec.o:  CFLAGS += $(SSE41_CFLAGS) lib/arch/sse42/codec.o:  CFLAGS += $(SSE42_CFLAGS) lib/arch/avx/codec.o:    CFLAGS += $(AVX_CFLAGS) # so lib/arch/avx2/codec.so:   CFLAGS += $(AVX2_CFLAGS) lib/arch/neon32/codec.so: CFLAGS += $(NEON32_CFLAGS) lib/arch/neon64/codec.so: CFLAGS += $(NEON64_CFLAGS) lib/arch/ssse3/codec.so:  CFLAGS += $(SSSE3_CFLAGS) lib/arch/sse41/codec.so:  CFLAGS += $(SSE41_CFLAGS) lib/arch/sse42/codec.so:  CFLAGS += $(SSE42_CFLAGS) lib/arch/avx/codec.so:    CFLAGS += $(AVX_CFLAGS)  %.o: %.c     $(CC) $(CFLAGS) -o $@ -c $<  %.so: %.c     $(CC) $(CFLAGS) -shared -fPIC -o $@ -c $<  analyze: clean     scan-build --use-analyzer=`which clang` --status-bugs make  clean:     rm -f bin/base64 bin/base64.o lib/libbase64.o lib/libbase64.so lib/config.h $(OBJS)

看不懂沒關系, Makefile 是如此的復雜, 我也看不懂, 僅僅是憑著感覺修改的, 然后他就恰好能運行了... 注意 Makefile 的縮進一定要用 "\t", 否則不符合語法會報錯.

然后我們進行編譯:

AVX2_CFLAGS=-mavx2 SSSE3_CFLAGS=-mssse3 SSE41_CFLAGS=-msse4.1 SSE42_CFLAGS=-msse4.2 AVX_CFLAGS=-mavx make lib/libbase64.so

這樣我們就得到了libbase64.so 動態庫 (在 lib 里面). 這里還順便開啟了各種 SIMD 選項. 如果不需要的話可以關閉.

魔改開始

當然這只是魔法, 不是煉金術, 所以是需要付出努力的, 我們要手動實現動態庫的橋接, 首先我們需要查看我們要調用的函數需要什么參數. 這兩個定義很簡單, 我們需要傳入:

const char *src size_t srclen char *out size_t *outlen int flags

void base64_encode(const char *src, size_t srclen, char *out, size_t *outlen, int flags); int  base64_decode(const char *src, size_t srclen, char *out, size_t *outlen, int flags);

然后我們就可以開始編寫 ffi 橋接程序了. 首先把需要的庫全都包含進來, 注意, 多用 local 沒壞處, 使用 local 可以有效從局部查詢, 避免低效的全局查詢. 甚至其他包中的函數都可以 local 一下來提升性能.

動態庫的話用專用的 ffi.load 來引用.

然后定義一個 _M 用來包裹我們的庫. 這里跟 JavaScript 很像, JavaScript 在瀏覽器里有 window, Lua 有 _G. 我們要盡可能避免封裝好的庫直接扔給全局, 因此封裝起來是個好辦法.

-- init local ffi        = require "ffi" local floor      = math.floor local ffi_new    = ffi.new local ffi_str    = ffi.string local ffi_typeof = ffi.typeof local C          = ffi.C local libbase64  = ffi.load("./libbase64.so") -- change this path when needed.  local _M = { _VERSION = '0.0.1' }

然后是用 ffi.cdef 聲明 ABI 接口, 這里更簡單, 直接把源代碼的頭文件中的函數聲明拷過來就完事了:

-- cdef ffi.cdef[[ void base64_encode(const uint8_t *src, size_t srclen, uint8_t *out, size_t *outlen, size_t flags); int  base64_decode(const uint8_t *src, size_t srclen, uint8_t *out, size_t *outlen, size_t flags); ]]

接下來是最重要的類型轉換:

-- define types local uint8t    = ffi_typeof("uint8_t[?]") -- uint8_t * local psizet    = ffi_typeof("size_t[1]")  -- size_t *  -- package function function _M.base64_encode(src, flags)     local dlen   = floor((#src * 8 + 4) / 6)     local out    = ffi_new(uint8t, dlen)     local outlen = ffi_new(psizet, 1)     libbase64.base64_encode(src, #src, out, outlen, flags)     return ffi_str(out, outlen[0])  end   function _M.base64_decode(src, flags)     local dlen   = floor((#src + 1) * 6 / 8)     local out    = ffi_new(uint8t, dlen)     local outlen = ffi_new(psizet, 1)     libbase64.base64_decode(src, #src, out, outlen, flags)     return ffi_str(out, outlen[0]) end

我們用 ffi_typeof 來定義需要映射的數據類型, 然后用 ffi_new 來將其實例化, 分配內存空間. 具體來講:

我們定義了2種數據類型, 其中, local uint8t = ffi_typeof("uint8_t[?]") 類型用來傳輸字符串, 后面的問號是給 local out = ffi_new(uint8t, dlen) 中的 ffi_new 函數準備的, 它的第二個參數可以指定實例化該數據類型時的長度. 這樣我們就得到了一個空的字符串數組, 用來裝 C 函數返回的結果. 這里的 dlen 計算出了源字符串 base64 encode 之后的長度, 分配該長度即可.

同樣, local psizet = ffi_typeof("size_t[1]") 指定了一個 size_t * 類型. C 語言里面數組就是指針, 即 size_t[0] 與 site_t* 是等價的. 因此我們分只有一個元素的 size_t 數組就得到了指向 size_t 類型的指針. 然后在 local outlen = ffi_new(psizet, 1) 的時候后面的參數寫的也是1, 不過這里寫什么已經無所謂了, 它只是不支持傳進去空, 所以我們相當于傳了個 placeholder.

在使用這個值的時候, 我們也是按照數組的模式去使用的: return ffi_str(out, outlen[0]) .

需要注意的是, 一定要將 require "ffi" 以及 ffi.load 放在代碼最底層, 否則會出現 table overflow 的情況.

最后, 這個文件是這樣子的:

--[[       ffi-base64.lua          @version    20201228:1     @author     karminski <code.karminski@outlook.com>  ]]--  -- init local ffi        = require "ffi" local floor      = math.floor local ffi_new    = ffi.new local ffi_str    = ffi.string local ffi_typeof = ffi.typeof local C          = ffi.C local libbase64  = ffi.load("./libbase64.so") -- change this path when needed.  local _M = { _VERSION = '0.0.1' }   -- cdef ffi.cdef[[ void base64_encode(const uint8_t *src, size_t srclen, uint8_t *out, size_t *outlen, size_t flags); int  base64_decode(const uint8_t *src, size_t srclen, uint8_t *out, size_t *outlen, size_t flags); ]]  -- define types local uint8t    = ffi_typeof("uint8_t[?]") -- uint8_t * local psizet    = ffi_typeof("size_t[1]")  -- size_t *  -- package function function _M.base64_encode(src, flags)     local dlen   = floor((#src * 8 + 4) / 6)     local out    = ffi_new(uint8t, dlen)     local outlen = ffi_new(psizet, 1)     libbase64.base64_encode(src, #src, out, outlen, flags)     return ffi_str(out, outlen[0])  end   function _M.base64_decode(src, flags)     local dlen   = floor((#src + 1) * 6 / 8)     local out    = ffi_new(uint8t, dlen)     local outlen = ffi_new(psizet, 1)     libbase64.base64_decode(src, #src, out, outlen, flags)     return ffi_str(out, outlen[0]) end   return _M

好了, 大功告成, 我們寫個 demo 調用一下試試:

-- main.lua local ffi_base64 = require "ffi-base64"   local target = "https://example.com"  local r = ffi_base64.base64_encode(target, 0) print("base64 encode result: \n"..r)  local r = ffi_base64.base64_decode(r, 0) print("base64 decode result: \n"..r)

root@router02:/data/works/libbase64-ffi# luajit -v LuaJIT 2.1.0-beta3 -- Copyright (C) 2005-2020 Mike Pall. https://luajit.org/ root@router02:/data/works/libbase64-ffi# luajit ./main.lua  base64 encode result:  aHR0cHM6Ly9leGFtcGxlLmNvbQ== base64 decode result:  https://example.com

感謝各位的閱讀，以上就是“什么是C語言動態庫”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對什么是C語言動態庫這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！