1、函数指针成员

指针也是一种变量类型，也可以当作结构体的成员，函数指针也不例外。比如我们定义 logger 结构体用于打印 log，其成员为一个函数指针，用于打印日志。

/// log.h
#ifndef _LOG_H_
#define _LOG_H_

typedef struct logger logger;
typedef void (*log_func)(logger* this, const char* msg);

typedef struct logger {
  log_func log;
} logger;

void common_log_init(logger** args);
void common_log_uninit(logger* args);

#endif  // _LOG_H_

/// log.c
#include "log.h"

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

static void common_log(logger* this, const char* msg) {
  (void)this;
  printf("%s\n", msg);
}

void common_log_init(logger** args) {
  if (!args) {
    perror("args is nullptr");
    return;
  }

  *args = (logger*)malloc(sizeof(logger));
  if (!*args) {
    perror("out of memory");
    return;
  }
  (*args)->log = common_log;
}

void common_log_uninit(logger* args) { free(args); }

/// main.c
#include "log.h"

int main() {
  logger* log;
  common_log_init(&log);
  log->log(log, "test msg");
  common_log_uninit(log);
  return 0;
}

经过编译后执行，

wuyong@Thinkpad:~/debug$ gcc log.c main.c -o log
wuyong@Thinkpad:~/debug$ ./log 
test msg

2、继承与多态

C 语言结构体也可以继承，用于复用代码。比如我们希望在 logger 能够记录模块信息，则可以继承 logger 结构体，复用 log 函数指针，然后添加新的成员。

/// log.h
...

void mylog_init(logger** args, const char* module);
void mylog_uninit(logger* args);

...

/// mylog.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include "log.h"

typedef struct mylog {
  logger base;
#define log base.log
  const char* module;
} mylog;

static void my_log(logger* this, const char* msg) {
  mylog* _mylog = (mylog*)(this);
  printf("[%s] %s\n", _mylog->module, msg);
}

void mylog_init(logger** args, const char* module) {
  if (!args) {
    perror("args is nullptr");
    return;
  }

  mylog* _mylog = (mylog*)malloc(sizeof(mylog));
  if (!_mylog) {
    perror("out of memory");
    return;
  }

  _mylog->log = my_log;
  _mylog->module = module;
  *args = (logger*)_mylog;
}

void mylog_uninit(logger* args) { free((mylog*)args); }

/// main.c
#include "log.h"

int main() {
  logger* log;
  mylog_init(&log, "main");
  log->log(log, "test msg");
  mylog_uninit(log);
  return 0;
}

经过编译后执行

wuyong@Thinkpad:~/debug$ gcc main.c mylog.c -o log
wuyong@Thinkpad:~/debug$ ./log 
[main] test msg

我们可以将所有函数指针放到 vtable 中

/// log.h
...
typedef struct vtable {
  log_func log_info;
  log_func log_warn;
  log_func log_error;
  log_func log_fatal;
} vtable;

typedef struct logger {
  vtable log;
} logger;
...

3、dlopen/dlsym 实现多态

Linux 提供了如下 API 来动态装载库

#include <dlfcn.h>

void *dlopen(const char *filename, int flag);
char *dlerror(void);
void *dlsym(void *handle, const char *symbol);
int dlclose(void *handle);

dlopen 打开一个动态链接库，并返回动态链接库的句柄。

• filename 是 so 库的加载路径，如果 filename 包含了路径符号 /，则 filename 被解释为相对或者绝对路径名，否则按照正常 so 搜索路径查查。
• flag 必须是下列两个值中的一个：RTLD_LAZY 和 RTLD_NOW。RTLD_LAZY 表示延迟绑定，只有在需要的时候解析符号（symbol）；RTLD_NOW 表示在 dlopen 返回前，将 so 库中所有符号。

dlsym 根据 so 库的操作句柄和符号，返回符号对应的地址（不仅可以获取函数地址，也可以获取变量地址）。

使用 dlopen 和 dlsym 可以在运行时加载 so，使用不用的实现。

/// log.h

#ifndef _LOG_H_
#define _LOG_H_

typedef struct logger logger;
typedef struct op_callback op_callback;
typedef void (*log_func)(logger* this, const char* msg);
typedef int (*init_func)(logger** this, void* arg);
typedef int (*uninit_func)(logger* this);
typedef int (*entry_func)(op_callback* callback);

typedef struct logger {
  log_func log_info;
  log_func log_warn;
  log_func log_error;
  log_func log_fatal;
} logger;

typedef struct op_callback {
  init_func init;
  uninit_func uninit;
} op_callback;

int log_entry(op_callback* callback);

#endif  // _LOG_H_

/// common_log.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include "log.h"

static void log_info(logger* this, const char* msg) {
  (void)this;
  printf("[info] %s\n", msg);
}

static void log_warn(logger* this, const char* msg) {
  (void)this;
  printf("[warn] %s\n", msg);
}

static void log_error(logger* this, const char* msg) {
  (void)this;
  printf("[error] %s\n", msg);
}

static void log_fatal(logger* this, const char* msg) {
  (void)this;
  printf("[fatal] %s\n", msg);
}

static int logger_init(logger** this, void* arg) {
  (void)arg;
  if (!this) {
    perror("args is nullptr");
    return -1;
  }

  *this = (logger*)malloc(sizeof(logger));
  if (!*this) {
    perror("out of memory");
    return -1;
  }
  (*this)->log_info = log_info;
  (*this)->log_warn = log_warn;
  (*this)->log_error = log_error;
  (*this)->log_fatal = log_fatal;
  return 0;
}

static int logger_uninit(logger* args) {
  free(args);
  return 0;
}

int log_entry(op_callback* callback) {
  if (!callback) {
    perror("callback is nullptr");
    return -1;
  }

  callback->init = logger_init;
  callback->uninit = logger_uninit;
  return 0;
}

/// mylog.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include "log.h"

typedef struct mylog {
  logger base;
#define log_info base.log_info
#define log_warn base.log_warn
#define log_error base.log_error
#define log_fatal base.log_fatal
  const char* module;
} mylog;

static void log_info2(logger* this, const char* msg) {
  mylog* mylog_ = (mylog*)this;
  printf("[%s] [info] %s\n", mylog_->module, msg);
}

static void log_warn2(logger* this, const char* msg) {
  mylog* mylog_ = (mylog*)this;
  printf("[%s] [warn] %s\n", mylog_->module, msg);
}

static void log_error2(logger* this, const char* msg) {
  mylog* mylog_ = (mylog*)this;
  printf("[%s] [error] %s\n", mylog_->module, msg);
}

static void log_fatal2(logger* this, const char* msg) {
  mylog* mylog_ = (mylog*)this;
  printf("[%s] [fatal] %s\n", mylog_->module, msg);
}

int mylog_init(logger** this, void* arg) {
  if (!this) {
    perror("args is nullptr");
    return -1;
  }

  mylog* _mylog = (mylog*)malloc(sizeof(mylog));
  if (!_mylog) {
    perror("out of memory");
    return -1;
  }

  _mylog->log_info = log_info2;
  _mylog->log_warn = log_warn2;
  _mylog->log_error = log_error2;
  _mylog->log_fatal = log_fatal2;
  _mylog->module = (const char*)arg;
  *this = (logger*)_mylog;
  return 0;
}

static int mylog_uninit(logger* args) {
  free(args);
  return 0;
}

int log_entry(op_callback* callback) {
  if (!callback) {
    perror("callback is nullptr");
    return -1;
  }

  callback->init = mylog_init;
  callback->uninit = mylog_uninit;
  return 0;
}

/// main.c

#include <dlfcn.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#include "log.h"

static const char* mylog = "./libmylog.so";
static const char* commonlog = "./libcommonlog.so";

int main(int argc, const char* argv[]) {
  if (argc != 2) {
    printf("<%s> libmylog/libcommonlog\n", argv[0]);
    return -1;
  }

  const char* lib = NULL;
  void* arg = NULL;
  if (!strcmp(argv[1], "libmylog")) {
    lib = mylog;
    arg = "main";
  } else if (!strcmp(argv[1], "libcommonlog")) {
    lib = commonlog;
    arg = NULL;
  } else {
    printf("not supported %s\n", argv[1]);
    return -1;
  }

  void* handle = dlopen(lib, RTLD_LAZY);
  if (!handle) {
    printf("failed to load %s, %s\n", lib, dlerror());
    return -1;
  }

  entry_func entry = dlsym(handle, "log_entry");
  if (!entry) {
    printf("failed to find log_entry, %s\n", dlerror());
    return -1;
  }

  op_callback callback;
  if (entry(&callback)) {
    printf("faield to init callbakc\n");
    return -1;
  }
  logger* log;
  callback.init(&log, arg);
  log->log_info(log, "test msg");
  callback.uninit(log);
  return 0;
}

编译后执行

wuyong@Thinkpad:~/debug$ gcc common_log.c -fPIC -shared -o libcommonlog.so
wuyong@Thinkpad:~/debug$ gcc mylog.c -fPIC -shared -o libmylog.so
wuyong@Thinkpad:~/debug$ gcc log.h main.c -o log -ldl
wuyong@Thinkpad:~/debug$ ./log libcommonlog
[info] test msg
wuyong@Thinkpad:~/debug$ ./log libmylog
[main] [info] test msg

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