本文介紹了如何通過 C++ 的 工廠函數、動態庫（.so 文件）和 dlopen / dlsym 實現插件機制。這個機制允許程序在運行時動態加載和調用插件，而無需在編譯時知道插件的具體類型。

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一、 動態插件機制

在現代 C++ 中，插件機制廣泛應用于需要擴展或靈活配置的場景，如：

• 策略模式：根據需求動態選擇不同策略。

• 插件化系統：如游戲引擎、服務器系統等，通過動態加載不同功能模塊。

通過使用 動態庫（.so 文件）和 工廠函數，可以實現插件的動態創建和管理。

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二、插件機制核心流程

1. 創建插件接口（基類）

定義一個基類 PluginBase，所有插件都繼承自它，實現自己的功能。

// plugin.hpp
class PluginBase {
public:virtual void run() = 0;  // 純虛函數virtual ~PluginBase() {}
};

2. 實現具體插件

每個插件類實現 PluginBase 接口，并提供自己的功能。

#include "plugin.hpp"class PluginA : public PluginBase {
public:void run() override {std::cout << "PluginA is running!" << std::endl;}
};// 工廠函數
extern "C" PluginBase* create_plugin_0() {return new PluginA();
}

編譯命令：

g++ -fPIC -shared plugin_0.cpp plugin_1.cpp -o libplugin.so

將plugin_*.cpp編譯為動態庫：libplugin.so

3. 主程序加載插件

主程序通過 dlopen 加載動態庫，通過 dlsym 查找工廠函數，調用工廠函數創建插件對象，并執行其方法。

// main.cpp
#include <iostream>
#include <dlfcn.h>
#include "plugin.hpp"int main() {void* handle = dlopen("./libplugin.so", RTLD_LAZY);  // 打開動態庫if (!handle) {std::cerr << "? Failed to open plugin: " << dlerror() << std::endl;return -1;}typedef PluginBase* (*CreateFunc)();  // 定義工廠函數指針類型// 查找兩個插件的工廠函數CreateFunc create_plugin_0 = (CreateFunc)dlsym(handle, "create_plugin_0");if (!create_plugin_0) {std::cerr << "? Failed to find symbol: " << dlerror() << std::endl;dlclose(handle);return -1;}CreateFunc create_plugin_1 = (CreateFunc)dlsym(handle, "create_plugin_1");if (!create_plugin_1) {std::cerr << "? Failed to find symbol: " << dlerror() << std::endl;dlclose(handle);return -1;}// 調用工廠函數創建插件對象PluginBase* plugin_0 = create_plugin_0();plugin_0->run();  // 執行插件功能PluginBase* plugin_1 = create_plugin_1();plugin_1->run();  // 執行插件功能// 釋放資源delete plugin_0;delete plugin_1;dlclose(handle);  // 關閉動態庫return 0;
}

編譯命令：

g++ main.cpp -o main -ldl

鏈接libdl.so動態庫，dlopen、dlsym 這類函數屬于 Linux 系統的動態鏈接庫（libdl）

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三、核心概念解析

1. typedef 和 函數指針

通過 typedef 為函數指針起別名，使得函數指針的聲明更加簡潔易讀。

typedef PluginBase* (*CreateFunc)();

• CreateFunc 現在是指向無參、返回 PluginBase* 的函數指針類型。

• 它允許我們用簡單的名字表示工廠函數類型。

2. dlopen 和 dlsym

• dlopen：打開動態庫并返回一個句柄，程序可以通過該句柄加載庫中的函數。

• dlsym：根據符號名稱在動態庫中查找對應的函數地址。

這些函數屬于 POSIX 標準，提供了 運行時加載和調用動態庫的能力。

3. 工廠函數

工廠函數是動態庫中暴露給主程序的接口，負責創建插件對象實例。通過 extern "C" 來確保該函數不進行 C++ 名字修飾，從而避免不同編譯器或鏈接時產生不同的符號名稱。

extern "C" PluginBase* create_plugin_0() {return new PluginA();
}

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5. dlsym 返回值和強制類型轉換

CreateFunc create_plugin_0 = (CreateFunc)dlsym(handle, "create_plugin_0");

• dlsym 返回 void* 類型，表示它是一個通用的指針。void* 是一個 不帶類型信息的指針，它可以指向任何類型的對象或函數。

• 通過 強制轉換 (CreateFunc)，將 void* 轉換為我們預定義的 函數指針類型 CreateFunc。
  這樣，通過 create_plugin_0() 等工廠函數返回的插件對象指針，可以調用其定義的 run 等方法。

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四、 完整的工作流程

步驟	描述
1. 插件開發	定義基類接口 PluginBase，實現具體插件類，編寫工廠函數。
2. 編譯插件	使用 g++ 編譯源文件為動態庫 .so 文件。
3. 主程序	主程序使用 dlopen 加載動態庫，dlsym 查找工廠函數，創建插件對象。
4. 執行功能	通過插件對象調用具體功能（如 run()）。
5. 釋放資源	刪除插件對象，關閉動態庫。

五、完整demo

1. plugin.hpp

// plugin.hpp
#ifndef PLUGIN_HPP
#define PLUGIN_HPPclass PluginBase {
public:virtual void run() = 0;virtual ~PluginBase() {}
};#endif

2. plugin_0.cpp

// plugin.cpp
#include <iostream>
#include "plugin.hpp"// 派生類
class MyPlugin_0 : public PluginBase {
public:void run() override {std::cout << "🚀 MyPlugin_0 is running!" << std::endl;}
};// 工廠函數，必須用 C 接口導出，防止 C++ 名字修飾
extern "C" PluginBase* create_plugin_0() {return new MyPlugin_0();
}

3. plugin_1.cpp

// plugin_1.cpp
#include <iostream>
#include "plugin.hpp"// 派生類
class MyPlugin_1 : public PluginBase {
public:void run() override {std::cout << "🚀 MyPlugin_1 is running!" << std::endl;}
};// 工廠函數，必須用 C 接口導出，防止 C++ 名字修飾
extern "C" PluginBase* create_plugin_1() {return new MyPlugin_1();
}

4. main.cpp

// main.cpp
#include <iostream>
#include <dlfcn.h>
#include "plugin.hpp"int main() {// 1. 打開動態庫void* handle = dlopen("./libplugin.so", RTLD_LAZY);if (!handle) {std::cerr << "? Failed to open plugin: " << dlerror() << std::endl;return -1;}// 2. 查找工廠函數，先拿到目標函數指針，再基于這個指針創建對象。typedef PluginBase* (*CreateFunc)();  /*  函數指針語法結構：返回類型 (*指針名)(參數列表);typedef 原類型 新類型名;CreateFunc定義了一個指向“PluginBase* (*CreateFunc)()”此類函數的函數指針的別名*/CreateFunc create_plugin_0 = (CreateFunc)dlsym(handle, "create_plugin_0");// dlsym(handle, "create_plugin_0")返回的是一個 void* 也就是一個空句柄，將這個句柄強制轉換為CreateFunc// create_plugin_0即為目標函數（工廠函數）句柄，通過create_plugin_0()即可完成調用。if (!create_plugin_0) {std::cerr << "? Failed to find symbol: " << dlerror() << std::endl;dlclose(handle);return -1;}CreateFunc create_plugin_1 = (CreateFunc)dlsym(handle, "create_plugin_1");if (!create_plugin_1) {std::cerr << "? Failed to find symbol: " << dlerror() << std::endl;dlclose(handle);return -1;}// 3. 創建插件對象并調用PluginBase* plugin_0 = create_plugin_0(); // 將函數指針PluginBase*指向具體的create_plugin_0()plugin_0->run();PluginBase* plugin_1 = create_plugin_1();plugin_1->run();// 4. 釋放資源delete plugin_0;delete plugin_1;dlclose(handle);return 0;
}

5. build.sh

g++ -fPIC -shared plugin_0.cpp plugin_1.cpp -o libplugin.so # 將plugin_*.cpp編譯為動態庫：libplugin.so 
g++ main.cpp -o main -ldl # 鏈接libdl.so動態庫，dlopen、dlsym 這類函數屬于 Linux 系統的動態鏈接庫（libdl）
echo "Build complete!"# 執行：
# 賦予腳本文件執行權限：chmod +x build.sh 
# 執行編譯腳本./build.sh 
# 運行 ./main