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Linux动态库热加载驱动插件机制-示例

news 2025/5/16 10:15:53

🎯 目标

构建一个插件式驱动系统，使主程序能够动态加载外部 .so 驱动，并通过接口调用相应功能。驱动类的注册通过工厂实现，支持 C++ 标准类型和继承体系。

📦 插件机制原理

使用 dlopen() 加载 .so 插件
插件通过静态对象构造自动注册驱动到单例工厂
工厂类存储驱动构造函数（Lambda）
主程序根据名字获取驱动指针并调用接口

🧩 插件结构设计（以相机为例）

1. 驱动接口基类（CameraDriver.h）

#pragma once
#include <vector>
#include <cstdint>class CameraDriver {
public:virtual ~CameraDriver() = default;virtual void start() = 0;virtual std::vector<uint8_t> capture_image() = 0;
};

2. 工厂注册类模板（CameraRegistry.h）

#pragma once
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>
#include <unordered_map>template <typename T>
class CameraRegistry {
public:static CameraRegistry& instance() {static CameraRegistry inst;return inst;}void register_driver(const std::string& name, std::function<std::unique_ptr<T>()> creator) {creators_[name] = std::move(creator);}T* get(const std::string& name) {if (creators_.count(name)) {instances_[name] = creators_[name]();return instances_[name].get();}return nullptr;}private:std::unordered_map<std::string, std::function<std::unique_ptr<T>()>> creators_;std::unordered_map<std::string, std::unique_ptr<T>> instances_;
};

3. 插件注册辅助模板（RegisterMacro.h）

#pragma once
#include "CameraRegistry.h"
#include <string>template <typename T>
struct CameraRegister {CameraRegister(const std::string& name) {CameraRegistry<CameraDriver>::instance().register_driver(name, []() {return std::make_unique<T>();});}
};// 使用宏简化写法
#define REGISTER_CAMERA_DRIVER(CLASS) \\static CameraRegister<CLASS> reg_##CLASS(#CLASS);

4. 插件实现（如 libusb_camera.so）

#include "CameraDriver.h"
#include "RegisterMacro.h"
#include <iostream>class UsbCamera : public CameraDriver {
public:void start() override {std::cout << "UsbCamera started\\n";}std::vector<uint8_t> capture_image() override {return {42, 43, 44};}
};REGISTER_CAMERA_DRIVER(UsbCamera)

这里的 REGISTER_CAMERA_DRIVER(UsbCamera) 定义了一个全局静态对象 reg_UsbCamera。
动态库被 dlopen 加载时，该静态对象的构造函数会自动执行，完成注册。
主程序无需调用注册函数。

🚀 主程序加载插件并调用

#include "CameraDriver.h"
#include "CameraRegistry.h"
#include <dlfcn.h>
#include <iostream>int main() {void* handle = dlopen("libusb_camera.so", RTLD_LAZY);if (!handle) {std::cerr << "Failed to load plugin: " << dlerror() << "\\n";return 1;}// 不需要 dlsym 调用注册函数，加载动态库时自动注册// 使用注册的驱动CameraDriver* driver = CameraRegistry<CameraDriver>::instance().get("UsbCamera");if (driver) {driver->start();auto img = driver->capture_image();std::cout << "Image size: " << img.size() << "\\n";} else {std::cerr << "Driver not found\\n";}dlclose(handle);return 0;
}

🔧 常用系统函数说明

函数名	说明
`dlopen`	加载 `.so` 文件，返回句柄
`dlsym`	获取动态库中的函数地址
`dlclose`	卸载动态库
`dlerror`	获取最近一次 dl 操作的错误信息
`dlmopen`	支持加载多个命名空间的变种 `dlopen`