26｜动态扩展库：Python大流行的最根本保障

海纳

你好，我是海纳。
上一节课，我们初步构建了加载模块的能力。模块功能是现代语言的必备功能，只有通过模块组成的库，现代编程语言才有可能进行大规模的软件复用。
除了使用 Python 语言开发的库，还有一些功能是依赖于操作系统平台的，比如图形用户界面、文件、网络等功能。这些功能显然更适合以库的形式存在，而不是直接集成在虚拟机中。这一节课，我们就来研究虚拟机如何管理这种依赖于具体平台的动态库。
加载动态库几乎所有的编程语言虚拟机都会支持使用 C++ 写扩展库，一是因为 C++ 的库非常多，很多十分重要的基础库，都是由 C++ 写成的，另一个原因是 C++ 及其编译器在性能方面的表现确实处于十分领先的位置，一些性能敏感的部分必须使用 C++ 来写本地扩展库。
注：关于动态链接的更多知识，请参阅《编程高手必学的内存知识》。
这种扩展库往往是以动态链接库的形式组织的，在 Linux 上，动态链接库默认以 so 作为后缀，在 Windows 上，则多用 dll 作为后缀。当然，这种后缀名只是一种习惯，并不是强制的，我们完全可以把动态库的后缀改成其他的，并不影响库的正常加载和运行。
举个例子，如果我们想为某个虚拟机编写一些额外的扩展功能，第一种办法就是找到这个虚拟机的源代码，直接将这些功能写在虚拟机里，然后重新编译，得到一个新的虚拟机可执行文件。这种方式就是静态链接，它有两个缺点，一是代码的开发和维护非常困难，在动手修改虚拟机之前，要求开发者必须非常熟悉虚拟机的代码。二是扩展功能的部署、分发都非常困难，要使用新的功能就必须重新安装虚拟机。

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解释
总结

1. 动态链接库是现代编程语言进行大规模软件复用的必备功能，几乎所有的编程语言虚拟机都支持使用C++编写扩展库。 2. 动态链接库以动态链接库的形式组织，可以在虚拟机运行时加载，实现功能开发与虚拟机独立，部署轻松。 3. 使用dlopen函数在虚拟机中加载动态链接库，可以通过运行时加载的办法实现功能，dlopen用于打开动态库，dlsym用于查找动态库中的符号，dlerror用于处理错误，dlclose用于关闭动态库。 4. 加载动态库时需要定义虚拟机与动态库之间的接口，借鉴了CPython中的做法，需要提供一个init方法，以便虚拟机正确地打开并识别加载动态库。 5. 在加载动态库的过程中，需要注意符号导出的问题，以及在C++编译器下使用extern "C"解决命名重复的问题。 6. 动态链接库的加载和使用需要考虑操作系统的差异，如在Windows系统上需要使用具有相同功能的Windows API来代替dlopen/dlsym。 7. 在Windows系统上，可以使用MinGW进行编译，而在其他系统上可以使用POSIX接口。 8. 动态链接库的使用需要保持与Python等其他虚拟机的兼容性，以确保功能的正确性和可靠性.

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