用mn查看单例模式符号表——动态加载的动态链接库中的单例

2024/10/24 1:51:13 来源：https://blog.csdn.net/Yuberhu/article/details/140069028 浏览: 次关键词：用mn查看单例模式符号表——动态加载的动态链接库中的单例

nm - display name list(symbol table)

问题

有一个疑问由来已久，单例分单线程安全，多线程安全。那么如果动态加载链接库，单例还能保证只存在唯一实例吗？
于是，打算写代码验证一下

验证

1. 代码准备

总共有三个文件singleton.h, operation.cpp, main.cpp，内容如下

singleton.h

#ifndef SINGLETON_H
#define SINGLETON_Hclass Singleton{
public:Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;static Singleton* instance() {static Singleton s;return &s;}int count;
private:Singleton(): count(0) {};
};#endif

operation.cpp

#include "singleton.h"#include <iostream>extern "C" void operation() {std::cout << "In dll count(d1): " << (Singleton::instance()->count) << std::endl;++ Singleton::instance()->count;std::cout << "In dll after ++ count(d2) : "<< (Singleton::instance()->count) << std::endl;
}

main.cpp

#include "singleton.h"#include <iostream>
#include <dlfcn.h>int main() {Singleton::instance()->count = 100;    std::cout << "In main count(m1): " << Singleton::instance()->count << std::endl;void* handle = dlopen("./operation.so", RTLD_LAZY);typedef void (*operationFunc)();operationFunc hello = (operationFunc) dlsym(handle, "operation");hello();std::cout << "In main count(m2): " << Singleton::instance()->count << std::endl;dlclose(handle);
}

2. 编译运行

在程序执行前可以先分析一下count(d1), count(d2), count(m1), count(m2)会分别是多少呢？
我们简单写一个Makfile方便编译执行

main: main.cpp operation.so$(CXX) $(CXXFLAGS) -o main main.cpp -ldl
operation.so: operation.cpp$(CXX) $(CXXFLAGS) -shared -fPIC -o operation.so operation.cpp
clean:rm -f main operation.so
.PHONY: clean

编译执行结果如下

$ make
g++  -shared -fPIC -o operation.so operation.cpp
g++  -o main main.cpp -ldl$ ./main
In main count(m1): 100
In dll count(d1): 0
In dll after ++ count(d2) : 1
In main count(m2): 100

3. 结果分析

很明显，count(d1)=0; count(d2)=1; count(m1)=100; count(m2)=100;
这说明main函数中的Singleton::instance()->count = 100; 仅对count(m1),count(m2)有效；operation中的++ Singleton::instance()->count;仅对count(d1), count(d2)有影响。即main中和动态库（operation）中，分别拥有自己实例，单例没有保证实例的唯一性

我们接着进一步分析：
用nm查看main的符号表和动态符号表（-D）

$ nm -C main | grep Singleton
0000000000012028 u guard variable for Singleton::instance()::s
0000000000000d5c W Singleton::instance()
0000000000000dd4 W Singleton::Singleton()
0000000000000dd4 W Singleton::Singleton()
0000000000012020 u Singleton::instance()::s$ nm -C -D main | grep Singleton
$

动态符号表中没有与Singleton相关的符号。Singleton::instance()在静态符号表中存在，但在动态表中不存在，这也就是说，动态连接器（dynamic linker）在加载operation.so的时候，无法找到属于动态库的Singleton::instance()实例，只能再构造一个新的实例。动态库的实例在动态库中是唯一的，但是不能保证在main和operation.so中唯一。

所以，解决问题的关键在于如何让动态库暴露符号表，让动态链接器链接的时候可以检测到。答案就是链接的时候加上参数-rdynamic

main: main.cpp operation.so$(CXX) $(CXXFLAGS) -o main main.cpp -ldl -rdynamic
operation.so: operation.cpp$(CXX) $(CXXFLAGS) -shared -fPIC -o operation.so operation.cpp
clean:rm -f main operation.so
.PHONY: clean

修改后再编译执行

$ make
g++  -shared -fPIC -o operation.so operation.cpp
g++  -o main main.cpp -ldl -rdynamic$ ./main 
In main count(m1): 100
In dll count(d1): 100
In dll after ++ count(d2) : 101
In main count(m2): 101

此时，单例便能保证实例的唯一性
我们再来查看符号表

$ nm -C main | grep Singleton
0000000000012028 u guard variable for Singleton::instance()::s
00000000000010bc W Singleton::instance()
0000000000001134 W Singleton::Singleton()
0000000000001134 W Singleton::Singleton()
0000000000012020 u Singleton::instance()::s$ nm -C -D main | grep Singleton
0000000000012028 u guard variable for Singleton::instance()::s
00000000000010bc W Singleton::instance()
0000000000001134 W Singleton::Singleton()
0000000000001134 W Singleton::Singleton()
0000000000012020 u Singleton::instance()::s