Delphi for Linux中应用共享对象库
本文用通俗易懂的语言介绍Linux平台上共享对象库（SO）的基本概念及主要优点，通过剖析在Delphi for Linux中应用SO与在Delphi for Windows中应用DLL的异同，以编程实例讲述了Linux平台的SO库文件的组成、SO库文件的函数重载、特殊编译指令、采用Delphi for Linux创建SO的编程规则、使用前的Linux系统设置,以及在Delphi for Linux中用隐式或显式链接方法装入和使用SO函数的基本方法、经验及技巧，并对应用SO可能出现的问题进行了探讨和分析。
共享对象库基本概念
Delphi for Linux是Borland公司推出的基于Linux平台的、面向对象的可视化开发工具，是目前Linux平台上很好的应用开发工具。Delphi for Linux也称Kylix。大家用Kylix开发Linux应用程序时，可能使用过Linux操作系统本身带的大量SO文件。SO是一种特殊的运行文件，包含若干方法、对象和资源，它不能直接运行，但可以被Kylix应用程序或其它可执行文件动态调用。SO文件扩展名为.so，编译前源文件扩展名为.dpr。本文所举例子均在Red Hat Linux 7.3及Kylix 3.0环境下调试编译通过，并可正常运行。
图1是Kylix主程序与SO库的层次关系图。从中可看出使用SO库有以下几个优点。
图1 Kylix主程序与SO库的层次关系图
◆ 多个Kylix程序或它的多个单元文件可通过接口共用一个SO库文件。另一方面，某一个Kylix程序，可通过多个接口使用多个SO库文件。这样，SO变成一种可共用的资源，实现真正的“资源共享”，大大缩小了Kylix应用程序的执行代码，增强了软件的可重用性。
◆ 将SO文件作为Kylix应用程序的公共调用模块设计时，由于其独立于应用程序，软件升级时只需修改SO库文件及编译SO，无需更改及重编译Kylix应用主程序。
◆ 不仅可使用Kylix编写SO库，还可使用C或C++等常用语言来编写，只要遵循特定的接口规范。
共享对象库的创建
1.SO库文件的构成
SO库文件和Kylix标准单元文件的内部结构基本相同，也有声明、实现及初始化部分。区别之一在于SO库只是其它程序可以调用的方法(包括函数及过程)集合。区别之二库程序以library关键字而非project开头启动其项目文件；库程序包含有exports语句，其列出要向外部提供的导出函数及过程。下面是SO库文件代码的简单例子，用以说明其构成。
2.SO库文件中的函数重载
SO库也可以使用重载函数（即多个函数使用相同名称、不同参数），使用时需在重载的函数声明后标上overload指令。Kylix可以用原名称导出一个重载函数，在exports从句中表示其参数表。若要导出多个重载函数，则要在exports从句中用name字句指定不同名称，以区别重载。这可从上面的例子MyFirstSO中看出，Add是重载函数，为调用时区分，一个用原函数声明Add导出，另一个用AddChar导出。
3.SO库的特殊编译指令
编译后生成的SO库运行文件使用lib前缀和.so扩展名。考虑到实际命名规则与版本和支持符号链，Kylix在Object Pascal语言中引入了几个特殊编译指令，这些在Delphi中没有什么意义。库源文件MyFirstSO.dpr编译后产生的执行文件为libMyFirstSO.so。
◆ $SOPREFIX 改变名称前缀，默认为lib（正常库）或bpl（Kylix包）。用前缀区别两种库是因为Linux的库用单一扩展（.so）。
◆ $SOSUFFIX 在库名与扩展名之间增加文本，指定版本或其它信息。
◆ $SOVERSION 在扩展名之后增加版本号。
◆ $SONAME 表示相关符号链名，由编译器自动生成。
例如，下列代码生成库libsimple.so.2.0.1和符号链libsimple.so.2。
共享对象库的使用
Kylix应用程序使用SO库时，可以采用两种方式：一种是隐式链接（Implicit linking），也称静态装入；另一种是显式链接（Explicit Linking），也称动态装入。下面分别介绍这两种链接方式的使用方法、技巧及将窗体对象放入SO库的技术。
1.使用前的系统设置
自定义SO库建好后，Kylix应用程序调用时会报错，这是因为Kylix找不到新建库，必须对系统进行相关设置。这与在Delphi for Windows中使用DLL库不同，DLL库建好后只需将编译后的DLL文件放到Delphi主程序目录下即可使用。操作步骤如下：
◆ 将编译好的SO库文件放到Linux系统库目录/lib或/usr/lib下，或者在Linux系统库路径shell变量LD_LIBRARY_PATH中加入自定义SO库文件所在路径。
◆ 在根用户（root）下，用ldconfig命令刷新库缓冲区。
◆ 对Kylix执行文件使用ldd命令，查看该程序所关联的SO库。
2.隐式链接
隐式链接是指在应用程序开始执行时就将SO库文件加载到应用程序中。实现隐式链接并不难，只需在应用程序中加入库函数的声明语句及库的external定义从句，则库函数可以和一般局部函数一样使用。比如，要使用libMyFirstSO.so中的Add函数，则只要在应用程序中增加下面语句：
function Add (A：Integer；B：Integer)：Integer；cdecl ；
external 'libMyFirstSO.so'；
3.显式链接
显式链接是应用程序在执行过程中可根据实际需要随时加载SO库文件，也可以随时卸载SO库文件，还可在运行时进行SO库的切换。而这些是隐式链接无法做到的。与隐式链接相比，显式链接具有更大的灵活性。
在Kylix中，要动态装入库和调用导出函数可以用Delphi仿真代码或自然Linux方法。下面分别介绍这两种方法。
(1)用Delphi仿真代码动态装入
在Windows中动态装入DLL是用Windows API函数—LoadLibrary或Delphi提供的SafeLoadLibrary函数完成的。找到库后，程序调用Windows API函数—GetProcAddress搜索DLL导出函数。若找到匹配，则返回所请求函数指针，并将这个函数指针转换成适当类型和调用。使用完后调用FreeLibrary，从内存中释放库。
Kylix中使用Pascal RTL仿真函数实现SO库动态装入。下面的例子只列出Kylix应用程序中与动态链接相关部分，而非完整Kylix单元文件代码。
(2)用Linux自然代码动态装入
也可以使用Libc系统单元中的低级Linux函数，这样可使用更多参数、更好地控制系统。使用的Linux函数分别为dlopen(打开并装入库函数)、dlsym(搜索库函数)、dlclose(释放库)。因此，上例中调用库的代码变为：
(3)SO库中窗体对象的使用
除了包含函数和过程的库之外，还可以将Kylix建立的窗体放在共享对象中，这可以是对话框或其它窗体。
生成新的库对象之后，只要在库源文件的声明部分增加对窗体单元文件的引用，然后在窗体单元文件中编写生成和使用窗体的导出函数。下面的例子实现Kylix主程序通过调用SO库窗体处理函数，来激活模态对话框以选择颜色，并更新应用主窗体颜色。步骤如下：
◆ 创建具有特定功能的窗体单元文件ScrollF，窗体对象为FormScroll。下面代码仅用于说明，并非完整的程序。
◆ 在窗体单元文件ScrollF的实现部分编写使用窗体FormScroll的导出函数GetColor。其功能是激活对话框对象FormScroll以选择颜色，并将颜色值返回。代码如下：
◆ 在窗体文件ScrollF的定义部分增加导出函数GetColor的声明。代码如下：
◆ 在库源文件FormSO.dpr的定义部分增加对窗体单元ScrollF的引用。代码如下：
◆ 编译库文件FormSO.dpr，生成SO库执行文件libFormSO.so。
现在，就可以在Kylix应用程序中以隐式或动态方法来调用库libFormSO.so中的窗体类函数GetColor。
应注意的问题
尽管SO库为开发者带来诸多好处，但由于其与一般Kylix程序的差异，如果把它当作后者一样使用可能会带来一些问题。下面列出使用中可能出现的几个问题：
(1)在SO库中大量引用CLX图形类库，将对SO库带来不良影响。
(2)如果编译库和主执行文件而不运行库，则会得到CLX代码和数据的两个拷贝。例如，可能得到两个不同的全局Application对象，库中的Application对象不能正确初始化。
(3)如果库中需要大量调用CLX图形类或CLX控件类对象，建议最好使用软件包（Package）——一种特殊的共享库；而若库以非图形类处理为主，如数值计算，则用SO库更为方便。
掌握并能熟练地使用共享对象库技术，将有助于开发出功能更强、重用性更好、扩展更为灵活的应用程序。本文以实例方式，通过SO与DLL的比较介绍了共享对象库（SO）的功能及使用方法。希望通过本文，读者能使用自己创建的SO库来开发基于Linux的应用程序。
共享对象库基本概念
Delphi for Linux是Borland公司推出的基于Linux平台的、面向对象的可视化开发工具，是目前Linux平台上很好的应用开发工具。Delphi for Linux也称Kylix。大家用Kylix开发Linux应用程序时，可能使用过Linux操作系统本身带的大量SO文件。SO是一种特殊的运行文件，包含若干方法、对象和资源，它不能直接运行，但可以被Kylix应用程序或其它可执行文件动态调用。SO文件扩展名为.so，编译前源文件扩展名为.dpr。本文所举例子均在Red Hat Linux 7.3及Kylix 3.0环境下调试编译通过，并可正常运行。
图1是Kylix主程序与SO库的层次关系图。从中可看出使用SO库有以下几个优点。
图1 Kylix主程序与SO库的层次关系图
◆ 多个Kylix程序或它的多个单元文件可通过接口共用一个SO库文件。另一方面，某一个Kylix程序，可通过多个接口使用多个SO库文件。这样，SO变成一种可共用的资源，实现真正的“资源共享”，大大缩小了Kylix应用程序的执行代码，增强了软件的可重用性。
◆ 将SO文件作为Kylix应用程序的公共调用模块设计时，由于其独立于应用程序，软件升级时只需修改SO库文件及编译SO，无需更改及重编译Kylix应用主程序。
◆ 不仅可使用Kylix编写SO库，还可使用C或C++等常用语言来编写，只要遵循特定的接口规范。
共享对象库的创建
1.SO库文件的构成
SO库文件和Kylix标准单元文件的内部结构基本相同，也有声明、实现及初始化部分。区别之一在于SO库只是其它程序可以调用的方法(包括函数及过程)集合。区别之二库程序以library关键字而非project开头启动其项目文件；库程序包含有exports语句，其列出要向外部提供的导出函数及过程。下面是SO库文件代码的简单例子，用以说明其构成。
library MyFirstSO；
uses
SysUtils, classes ； { Delphi for Windows 中引用类库为Windows }
function Add (A：Char；B：Char)：Integer；cdecl；overload；
begin
Result := Ord (A) + Ord (B) ；
end；
function Add (A：Integer；B：Integer)：Integer；cdecl；overload；
begin
Result := A + B ；
end；
function Double (N：Integer)：Integer；cdecl
begin
Result := N * 2；
end;
exports
Add (A：Integer；B：Integer)，
Add (A：Char；B：Char) name 'AddChar'，
Double；
|
2.SO库文件中的函数重载
SO库也可以使用重载函数（即多个函数使用相同名称、不同参数），使用时需在重载的函数声明后标上overload指令。Kylix可以用原名称导出一个重载函数，在exports从句中表示其参数表。若要导出多个重载函数，则要在exports从句中用name字句指定不同名称，以区别重载。这可从上面的例子MyFirstSO中看出，Add是重载函数，为调用时区分，一个用原函数声明Add导出，另一个用AddChar导出。
3.SO库的特殊编译指令
编译后生成的SO库运行文件使用lib前缀和.so扩展名。考虑到实际命名规则与版本和支持符号链，Kylix在Object Pascal语言中引入了几个特殊编译指令，这些在Delphi中没有什么意义。库源文件MyFirstSO.dpr编译后产生的执行文件为libMyFirstSO.so。
◆ $SOPREFIX 改变名称前缀，默认为lib（正常库）或bpl（Kylix包）。用前缀区别两种库是因为Linux的库用单一扩展（.so）。
◆ $SOSUFFIX 在库名与扩展名之间增加文本，指定版本或其它信息。
◆ $SOVERSION 在扩展名之后增加版本号。
◆ $SONAME 表示相关符号链名，由编译器自动生成。
例如，下列代码生成库libsimple.so.2.0.1和符号链libsimple.so.2。
library simple ；
uses
SysUtils，Classes；
//函数定义省略
{$SOVERSION '2.0.1'}
{$SONAME 'libsimple.so.2'}
|
共享对象库的使用
Kylix应用程序使用SO库时，可以采用两种方式：一种是隐式链接（Implicit linking），也称静态装入；另一种是显式链接（Explicit Linking），也称动态装入。下面分别介绍这两种链接方式的使用方法、技巧及将窗体对象放入SO库的技术。
1.使用前的系统设置
自定义SO库建好后，Kylix应用程序调用时会报错，这是因为Kylix找不到新建库，必须对系统进行相关设置。这与在Delphi for Windows中使用DLL库不同，DLL库建好后只需将编译后的DLL文件放到Delphi主程序目录下即可使用。操作步骤如下：
◆ 将编译好的SO库文件放到Linux系统库目录/lib或/usr/lib下，或者在Linux系统库路径shell变量LD_LIBRARY_PATH中加入自定义SO库文件所在路径。
◆ 在根用户（root）下，用ldconfig命令刷新库缓冲区。
◆ 对Kylix执行文件使用ldd命令，查看该程序所关联的SO库。
2.隐式链接
隐式链接是指在应用程序开始执行时就将SO库文件加载到应用程序中。实现隐式链接并不难，只需在应用程序中加入库函数的声明语句及库的external定义从句，则库函数可以和一般局部函数一样使用。比如，要使用libMyFirstSO.so中的Add函数，则只要在应用程序中增加下面语句：
function Add (A：Integer；B：Integer)：Integer；cdecl ；
external 'libMyFirstSO.so'；
3.显式链接
显式链接是应用程序在执行过程中可根据实际需要随时加载SO库文件，也可以随时卸载SO库文件，还可在运行时进行SO库的切换。而这些是隐式链接无法做到的。与隐式链接相比，显式链接具有更大的灵活性。
在Kylix中，要动态装入库和调用导出函数可以用Delphi仿真代码或自然Linux方法。下面分别介绍这两种方法。
(1)用Delphi仿真代码动态装入
在Windows中动态装入DLL是用Windows API函数—LoadLibrary或Delphi提供的SafeLoadLibrary函数完成的。找到库后，程序调用Windows API函数—GetProcAddress搜索DLL导出函数。若找到匹配，则返回所请求函数指针，并将这个函数指针转换成适当类型和调用。使用完后调用FreeLibrary，从内存中释放库。
Kylix中使用Pascal RTL仿真函数实现SO库动态装入。下面的例子只列出Kylix应用程序中与动态链接相关部分，而非完整Kylix单元文件代码。
unit DynaForm;
interface
uses
SysUtils，Classes，Qcontrols，Qforms；
type
TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
end;
var Form1：TForm1；
implementation
{$R *.XFM}
type TComputeInteger = function (x：Integer；y：Integer)：Integer；cdecl；
//调用库函数接口类型定义
procedure TForm1.Button1Click(Sender：TObject)；
var Handle ：Thandle ；
Compute ：TcomputeInteger；
begin
Handle:＝LoadLibrary('libMyFirstSO.so')；//动态装入库
if Handle<>0 then //找到库
begin
Compute:＝TcomputeInteger(GetProcAddress(Handle，'Add')；
//搜索库函数Add，并返回函数指针
if Assigned(Compute) then
ShowMessage(IntToStr(Compute(10,20))；//使用库函数
FreeLibrary(Handle)；//释放库
end
else
ShowMessage('Library not found')；
end；
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(2)用Linux自然代码动态装入
也可以使用Libc系统单元中的低级Linux函数，这样可使用更多参数、更好地控制系统。使用的Linux函数分别为dlopen(打开并装入库函数)、dlsym(搜索库函数)、dlclose(释放库)。因此，上例中调用库的代码变为：
procedure TForm1.Button1Click(Sender：TObject)；
var Handle ：Pointer ；
Compute ：TcomputeInteger；
begin
Handle:＝dlopen('libMyFirstSO.so')；//动态装入库
if Handle<>nil then //找到库
begin
Compute:＝TcomputeInteger(dlsym(Handle，'Add')；
//搜索库函数Add，并返回函数指针
if Assigned(Compute) then
ShowMessage(IntToStr(Compute(10,20))；//使用库函数
dlclose(Handle)；//释放库
end
else
ShowMessage('Library not found')；
end；
|
(3)SO库中窗体对象的使用
除了包含函数和过程的库之外，还可以将Kylix建立的窗体放在共享对象中，这可以是对话框或其它窗体。
生成新的库对象之后，只要在库源文件的声明部分增加对窗体单元文件的引用，然后在窗体单元文件中编写生成和使用窗体的导出函数。下面的例子实现Kylix主程序通过调用SO库窗体处理函数，来激活模态对话框以选择颜色，并更新应用主窗体颜色。步骤如下：
◆ 创建具有特定功能的窗体单元文件ScrollF，窗体对象为FormScroll。下面代码仅用于说明，并非完整的程序。
unit ScrollF;
interface
uses
SysUtils, Classes, QControls, QForms;
type
TFormScroll = class(TForm) //对象及方法定义省略
end;
var FormScroll：TformScroll；
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◆ 在窗体单元文件ScrollF的实现部分编写使用窗体FormScroll的导出函数GetColor。其功能是激活对话框对象FormScroll以选择颜色，并将颜色值返回。代码如下：
function GetColor (Col: LongInt)：LongInt；cdecl；
var
FormScroll：TformScroll；
begin
Result := Col; //函数返回缺省值
try
FormScroll := TFormScroll.Create (Application);
try
FormScroll.SelectedColor := Col; //初始化颜色
if FormScroll.ShowModal = mrOK then //显示对话框
Result := FormScroll.SelectedColor; //返回颜色值
finally
FormScroll.Free;
end;
except
on E: Exception do
MessageDlg ('Error in FormDLL: ' +E.Message, mtError, [mbOK], 0);
end;
end;
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◆ 在窗体文件ScrollF的定义部分增加导出函数GetColor的声明。代码如下：
function GetColor (Col：LongInt)：LongInt；cdecl；
|
◆ 在库源文件FormSO.dpr的定义部分增加对窗体单元ScrollF的引用。代码如下：
library FormSO；
uses
ScrollF in 'ScrollF.pas' {FormScroll}；
exports
GetColor；
end.
|
◆ 编译库文件FormSO.dpr，生成SO库执行文件libFormSO.so。
现在，就可以在Kylix应用程序中以隐式或动态方法来调用库libFormSO.so中的窗体类函数GetColor。
应注意的问题
尽管SO库为开发者带来诸多好处，但由于其与一般Kylix程序的差异，如果把它当作后者一样使用可能会带来一些问题。下面列出使用中可能出现的几个问题：
(1)在SO库中大量引用CLX图形类库，将对SO库带来不良影响。
(2)如果编译库和主执行文件而不运行库，则会得到CLX代码和数据的两个拷贝。例如，可能得到两个不同的全局Application对象，库中的Application对象不能正确初始化。
(3)如果库中需要大量调用CLX图形类或CLX控件类对象，建议最好使用软件包（Package）——一种特殊的共享库；而若库以非图形类处理为主，如数值计算，则用SO库更为方便。
掌握并能熟练地使用共享对象库技术，将有助于开发出功能更强、重用性更好、扩展更为灵活的应用程序。本文以实例方式，通过SO与DLL的比较介绍了共享对象库（SO）的功能及使用方法。希望通过本文，读者能使用自己创建的SO库来开发基于Linux的应用程序。