PDF de programación - C Misceláneo: Cuestiones Avanzadas

C Misceláneo: Cuestiones
Avanzadas



Contenidos

Punteros a funciones

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Idea y Usos
Funciones de retro-llamada (callbacks)
Tablas de punteros a funciones

Librerías externas

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Símbolos y enlazado
Enlazado dinámico frente a estático
Enlazado de librerías externas
Creación de librerías



Punteros a funciones

• En algunos lenguajes de programación, las funciones

son entidades de primer orden
pueden pasarse a funciones, ser devueltas en funciones

• En el caso de C, la función no es una variable. Pero,

es posible trabajar con punteros a funciones.

• Pregunta: En qué escenarios es interesante trabajar

con punteros a funciones? Cuál es su utilidad?

• Ejemplos de declaración:
int ( fp )( int )
∗

∗
∗

–
–

∗
∗  
/  Fíjate en el ()  /

∗
int ( fp )(void ,void )

• Los punteros a función pueden ser asignados,

pasados a y desde funciones y almacenados en
arrays.



Retro-llamadas (Callbacks)

• Definición: Una retro-llamada es un pieza de código que

se pasa a una función. En C, se implementan con
punteros a funciones.

Ejemplo:
void qsort(void  arr, int num,int size,
∗
     
• qsort() función de la librería estándar que puede ordenar

   int(∗fp )(void  pa, void  pb))

∗

∗

 

un array de cualquier tipo de datos.

- Pregunta: Cómo lo consigue? retro-llamadas.
• qsort() llama a una función de ordenación definida por el

usuario.

–

La función recibe dos argumentos y retorna (<0,0,>0)
dependiendo del orden relativo de los dos elementos.



Retro-llamada: el ejemplo qsort

∗

∗

∗

abla  / ∗

∗
/  definición de una t
int arr[]={10,9,8,1,2,3,5}; 
∗
/  función que va a ser retro­llamada  / 
int asc(void  pa, void  pb) 
         { return( (int  )pa −  (int  )pb);} 
∗
/  función que va a ser retro­llamada  / 
int desc(void  pa, void  pb) 
∗
          { return( (int  )pb − ( int )pa );}
∗
 /  ordenación ascendente  /
qsort(arr,sizeof(arr)/sizeof(int),sizeof(int),asc); 
∗
 /  ordenación descendente  /
qsort(arr,sizeof(arr)/sizeof(int),sizeof(int),desc);


∗
∗

∗

∗

∗

∗

∗

∗

∗

∗

∗

∗



Aplicar función genérica (uso)

• Considerar la siguiente lista enlazada:
struct node {int data ;  
∗
                struct node  next ;  }; 
• Y una función ’apply’ definida como sigue:
void apply(struct node  phead,  
∗

∗
∗

∗

∗

    void (  fp )(void  , void  ), void  arg) 

∗

    { struct node  p=phead ; 
     while ( p !=NULL) { 
      fp(p,arg);  /  Otra alternativa: (  fp )(p,arg) 

∗

∗

/ ∗

      p=p−>next ; } 

     } 



Continuación

• Usando la función:
∗
/  función retro­llamada  / 
void print(void  p, void  arg)
  {struct node  np =(struct node  )p; 
   printf("%d ",np−>data); 
  }  

∗
∗

∗
∗

∗

∗

struct node  phead ; 
∗
/  Inicialización de la lista  / 
apply(phead, print, NULL); 


∗



Tabla de punteros a funciones

•Ejemplo: Considera el siguiente caso donde se

llaman diferentes funciones dependiendo de su tipo.

enum TYPE{SQUARE,RECT,CIRCILE ,POLYGON}; 
  struct shape {float params[MAX]; 

              enum TYPE type ;};

∗
  void draw(struct shape  ps){ 
       switch (ps−>type){ 
         case SQUARE: draw_square(ps);break ; 
         case RECT: draw_rect (ps); break; 
         }
   } 



Tabla de punteros a funciones (2)

• Lo mismo se puede conseguir usando una tabla de

punteros a funciones

  void ( fp[4])(

∗

struct shape  ps)= 

∗

{&draw_square,&draw_rec,&draw_circle,&draw_poly}; 

  typedef void( fp)(struct shape  ps) drawfn; 
  drawfn fp[4] 

∗

∗

={&draw_square,&draw_rec,&draw_circle,&draw_poly};  

 

∗
  void draw(struct shape  ps){ 
   (  fp[ps−>type])(ps); 

∗

∗
/  invoca la función correcta  /

∗ } 

  



Símbolos y bibliotecas

• Hay muchas bibliotecas externas al código que

ofrecen muchas funcionalidades

Por ejemplo: C standard library


• Los programas acceden a esas funciones y variables

a través de símbolos

• Las cabeceras de archivo contienen declaraciones y
prototipos que se asocian a símbolos en tiempo de
compilación

• Los símbolos se enlazan a definiciones en

bibliotecas externas durante el enlazado



Funciones y variables como

símbolos

#include <stdio.h> 
const char msg[] = "Hello, world." ; 

• Considera el “holamundo” que aparece abajo:

 
      int main (void){ 
 
         return 0; 
        } 
• ¿Qué variables y funciones están declaradas
globalmente? msg, main(), puts(), y otras en
stdio.h

  puts(msg); 



Funciones y variables como

símbolos

• Compilemos, pero no enlacemos, el fichero hello.c

para crear hello.o:

athena% gcc ­Wall ­c hello.c ­o hello.o 
• ­c: compila, pero no enlaza hello.c ; se compila el

código en instrucciones máquina pero hace que el
programa sea ejecutable

• No se asignan ni las direcciones a cada línea de código,

variables estáticas ni globales

• El enlazado resuelve los símbolos definidos (como en C

standard lib) y hace que el código sea ejecutable

• Se necesita hacer un enlazado sobre hello.o, (con gcc


o ld) para asignar memoria a cada símbolo



Funciones y variables como

símbolos

•Veamos los símbolos incluidos en hello.o:
athena% nm hello.o 
• Salida:
0000000000000000 T main 

0000000000000000 R msg U puts

• ’T’: (text) code; ’R’: read-only memory; ’U’:

undefined symbol

• Los ceros antes de los símbolos muestran que no
se han colocado aún las direcciones de memoria

• Los símbolos sin definir se definen externamente, y


se resuelven durante el enlazado.



Funciones y variables como

símbolos

• ¿Porqué no hay símbolos para otras

declaraciones en stdio.h?

• El compilador no se molesta creando símbolos

para funciones que no van a ser usadas (ahorra
espacio)

• ¿Qué pasa cuando enlazamos?
  athena% gcc ­Wall hello.o ­o hello 
• Se reserva memoria para los símbolos definidos
• Quedan por definir los símbolos que se

encuentran en librerías externas (como libc de
C standard library)



Funciones y variables como

símbolos

• Veamos entonces los nuevos símbolos:
  athena% nm hello 
• Salida: (otros símbolos por defecto)
0000000000400524 T main 
000000000040062c R msg 

                   U puts@@GLIBC_2.2.5
• Aparecen las direcciones para símbolos estáticos

(definidos en tiempo de compilación).

• El símbolo puts queda localizado en la GLIBC_2.2.5

(GNU C standard library) librería compatida

• El símbolo puts se asignará en tiempo de ejecución



Enlazado estático y dinámico

• Funciones y variables globales deben de ser

asignadas antes de ser usadas

• Pueden asignarse en tiempo de compilación (static)

o en tiempo de ejecución (shared)

• Ventajas/desventajas para ámbos
• Símbolos en el mismo archivo, otros archivos .o, o

bibliotecas estáticas (carpetas, y ficheros .a )
– enlazado estático

• Símbolos en bibliotecas compartidas (ficheros .so)

– enlazado dinámico

• gcc enlaza bibliotecas contra librerías compartidas

(por defecto). También es posible hacer contra
librerías estáticas con el flag -static



Enlazado estático

• ¿Que pasa si se enlaza estáticamente contra la

biblioteca?

  athena% gcc ­Wall ­static hello.o ­o hello 
•Ahora los símbolos muestran:
  00000000004014c0 W puts  
  0000000000400304 T main  
  000000000046cd04 R msg 
• ’W’: linked to another defined symbol



Enlazado estático

• En tiempo de enlazado, los símbolos

estáticamente enlazados se añaden al
ejecutable

• También crece mucho más el tamaño del

ejecutable

(static – 688K, dynamic – 10K)
• El ejecutable resultante no depende de localizar

archivos de bibliotecas externas en tiempo de
ejecución.

• Para usar una nueva versión de una librería, hay


que recompilar


Enlazado dinámico

• El enlazado dinámico sucede en tiempo de ejecución
• Durante la compilación, el enlazador busca los símbolos en

las bibliotecas externas compartidas

• Símbolos compartidos son cargados como parte del

arranque (antes de main())

• Requiere una biblioteca externa para definir los símbolos

exactamente como se espera la declaración

• Al cambiar una función en la biblioteca compartida puede

romper un programa

• Se puede usar la información de versión para minimizar ese

problema

• Esa es la razón por la cual muchas librerías como libc

raramente se modifican o eliminan funciones, incluso cosas

rotas como gets()



Enlazando bibliotecas externas

• Programs linked against C standard library by default
• To link against library libnamespec.so or

libnamespec.a, use compiler flag -lnamespec to
link against library

• Library must be in library path (standard library

directories + directories specified using -L directory
compiler flag)

• Use -static for force static linkage
• This is enough for static linkage; library code will be

added to resulting executable



Cargando bibliotecas compartidas

• Bibliotecas compartidas durante el tiempo de

enlazado, pero que necesitan ser localizada en
tiempo de ejecución (e.g. plugin)

• Bibliotecas compartidas localizadas en tiempo de
ejecución usando la librería de enlazado ld.so

• Cuando hay cambios en las librerías compartidas, se
debe de ejecutar ldconfig para actualizar la vista
de ld.so

• Durante la carga, los símbolos en las bibliotecas

dinámicas se les asigna memoria y se cargan desde
el fichero de la biblioteca dinámica



Cargando bibliotecas

compartidas bajo demanda

• En Linux, puedes cargar símbolos desde las
bibliotecas compartidas usando dlfcn.h 

• Abrir una librería compartida para ser cargada:
void   ∗ dlopen(const char  file, int mode)
;
Modes:

∗

RTLD_LAZY(lazy loading of library), 
RTLD_NOW(load now), RTLD_LOCAL, 
RTLD_GLOBAL



Cargando bibliotecas

compartidas bajo demanda

• Conseguir la dirección de un símbolo cargado desde la

librería

  void  ∗ dlsym(void   handle, 

∗


             const char  symbol_name);

∗

handle desde una llamada