Criando bibliotecas compartilhadas com Go

Publicado por Thiago Alves em 22/07/2024

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O que é uma Biblioteca Compartilhada?

Uma biblioteca compartilhada é um arquivo que contém código e dados que podem ser utilizados por múltiplos programas simultaneamente. Elas são diferentes das bibliotecas estáticas, que são incorporadas diretamente nos programas no momento da compilação. Bibliotecas compartilhadas são carregadas na memória apenas uma vez, e diferentes programas podem acessar essas funções durante a execução sendo um arquivo que contém código executável. Em sistemas UNIX, as bibliotecas compartilhadas são geralmente chamadas de "shared objects" (arquivos .so), enquanto no Windows são conhecidas como "dynamic-link libraries" (arquivos .dll).

As bibliotecas compartilhadas surgiram para resolver problemas de redundância e para melhorar a gestão de memória. Nos primeiros sistemas operacionais, cada programa precisava incorporar suas próprias cópias das funções comuns, o que resultava em desperdício de memória e dificultava a manutenção do software, pois cada linguagem deveria ser desenvolver suas respectivas bibliotecas. Com a introdução das bibliotecas compartilhadas, tornou-se possível centralizar a atualização de código em uma única linguagem e economizar recursos do sistema.

Vantagens das Bibliotecas Compartilhadas

1. Economia de Memória

A memória utilizada é reduzida porque múltiplos programas podem compartilhar a mesma biblioteca, carregada uma única vez na memória.

2. Modularidade

Facilita a separação de funcionalidades em diferentes módulos, tornando o código mais organizado e fácil de manter.

3. Manutenção

Atualizações em bibliotecas compartilhadas podem ser feitas independentemente do programa principal. Ao corrigir um bug ou melhorar uma funcionalidade na biblioteca, todos os programas que a utilizam se beneficiam automaticamente dessa atualização.

4. Desempenho

O carregamento dinâmico de bibliotecas pode melhorar o desempenho do sistema, especialmente em ambientes onde a memória é um recurso crítico.

5. Portabilidade

As bibliotecas compartilhadas permitem que desenvolvedores criem componentes reutilizáveis que podem ser distribuídos e utilizados em diferentes aplicações, promovendo a consistência e a portabilidade do código.

Criando uma Biblioteca Compartilhada em Go

Go, também conhecido como Golang, é uma linguagem de programação desenvolvida pelo Google, conhecida por sua simplicidade e eficiência. Ela possui suporte nativo para a criação de bibliotecas compartilhadas. Neste guia, vamos criar uma biblioteca compartilhada simples em Go e demonstrar como utilizá-la em outras linguagens.

Para saber mais sobre Go, leia esse artigo

Passo a Passo

1. Criar o Código Go

Primeiramente, vamos criar o código Go, usarei o VSCode, que desejamos exportar. Suponhamos que queremos criar uma biblioteca que forneça uma função para somar dois números. Crie um arquivo chamado mathlib.go com o seguinte conteúdo:

Para isso iremos criar o go mod do projeto, eu seguirei usando a normalização da nomenclatura usando o caminho do repositório git Ex:
go mod init github.com/Thiagohalves85/sharedLibrary

Ele irá gerar um arquivo go.mod com as informações do pacote.
Com o nosso gerenciador de pacotes criado, vamos criar o arquivo main.go nele irá conter a lógica da nossa DLL

package main

import "C"
import "strings"

//export Somar
func Somar(a, b int) int {
    return a + b
}

//export Subtrair
func Subtrair(a, b int) int {
    return a - b
}

//export Multiplicar
func Multiplicar(a, b int) int {
    return a * b
}

//export Dividir
func Dividir(a, b float64) float64 {
    return a / b
}

//export ConcatStrings
func ConcatStrings(s1 *C.char, s2 *C.char) *C.char {
    goStr1 := C.GoString(s1)
    goStr2 := C.GoString(s2)
    result := goStr1 + goStr2
    return C.CString(result)
}

//export StringLength
func StringLength(s *C.char) C.int {
    goStr := C.GoString(s)
    return C.int(len(goStr))
}

//export ToUpperCase
func ToUpperCase(s *C.char) *C.char {
    goStr := C.GoString(s)
    result := strings.ToUpper(goStr)
    return C.CString(result)
}

//export ReverseString
func ReverseString(s *C.char) *C.char {
    goStr := C.GoString(s)
    runes := []rune(goStr)
    for i, j := 0, len(runes)-1; i < j; i, j = i+1, j-1 {
        runes[i], runes[j] = runes[j], runes[i]
    }
    return C.CString(string(runes))
}

func main() {}

Explicação do Código

1. Pacote main: Para compilar uma biblioteca compartilhada em Go, o pacote deve ser main.
2. Diretiva import "C": Esta diretiva permite o uso de tipos e funções C no código Go.
3. Funções Exportadas: está anotada com //export <Nome da Função>, indicando que ela deve ser acessível a partir de código externo.

Função main vazia: Necessária para o pacote main.

2. Compilar para Biblioteca Compartilhada

Para compilar o código Go como uma biblioteca compartilhada, utilizamos o comando go build com as flags apropriadas. Execute o seguinte comando no terminal: go build -o sharedLibrary.dll -buildmode=c-shared main.go

Este comando gera dois arquivos: sharedLibrary.dll (a biblioteca compartilhada para arquitetura windows) e sharedLibrary.h (o arquivo de cabeçalho necessário para uso em outras linguagens ex: C).

Caso esteja programando em uma arquitetura Linux, poderá usar o seguinte comando: go build -o sharedLibrary.so -buildmode=c-shared main.go

Este comando irá gerar o arquivo sharedLibrary.h e também o arquivo sharedLibrary.so (esse arquivo é a biblioteca compartilhada para ser usada na arquitetura Linux)

Descrição de Imagem: Uma pessoa de cabelo curto e camiseta cinza está sentada em uma mesa com três telas de computador. Eles se concentram em digitar ou codificar em um laptop, enquanto outra tela grande atrás deles exibe texto da Biblioteca Compartilhada GO. Um pequeno laptop também exibe gráficos e informações.

Legenda: Go, também conhecido como Golang, é uma linguagem de programação desenvolvida pelo Google. | Imagem: Freepik

Utilizando a Biblioteca em Outras Linguagens

Uma das principais vantagens das bibliotecas compartilhadas é sua capacidade de serem usadas por diferentes linguagens de programação. Vamos explorar como utilizar nossa biblioteca sharedLibrary.dll em Python e Java.

1. Utilizando a Biblioteca em Python

Python é uma linguagem de programação amplamente utilizada devido à sua simplicidade e versatilidade. Para utilizar a biblioteca compartilhada em Python, podemos usar a biblioteca ctypes, que facilita a integração com bibliotecas escritas em C.

Exemplo em Python

Primeiramente, certifique-se de que o arquivo sharedLibrary.dll está no mesmo diretório que o script Python. Crie um arquivo chamado test_sharedLibrary.py com o seguinte conteúdo:

import ctypes

# Carregar a biblioteca compartilhada
lib = ctypes.CDLL('./sharedLibrary.dll')

# Definir os tipos dos argumentos e do retorno da função Somar
lib.Somar.argtypes = (ctypes.c_int, ctypes.c_int)
lib.Somar.restype = ctypes.c_int

# Definir os tipos dos argumentos e do retorno da função Subtrair
lib.Subtrair.argtypes = (ctypes.c_int, ctypes.c_int)
lib.Subtrair.restype = ctypes.c_int

# Definir os tipos dos argumentos e do retorno da função Multiplicar
lib.Multiplicar.argtypes = (ctypes.c_int, ctypes.c_int)
lib.Multiplicar.restype = ctypes.c_int

# Definir os tipos dos argumentos e do retorno da função Dividir
lib.Dividir.argtypes = (ctypes.c_double, ctypes.c_double)
lib.Dividir.restype = ctypes.c_double

print("Entrando nas funções numericas")
print("")

# Chamar a função e imprimir o resultado Somar
result = lib.Somar(3, 4)
print(f"Resultado de 3 + 4: {result}")

# Chamar a função e imprimir o resultado Subtrair
result = lib.Subtrair(10, 4)
print(f"Resultado de 10 - 4: {result}")

# Chamar a função e imprimir o resultado Multiplicar
result = lib.Multiplicar(3, 4)
print(f"Resultado de 3 x 4: {result}")

# Chamar a função e imprimir o resultado Dividir
result = lib.Dividir(12, 4)
print(f"Resultado de 12 / 4: {result}")

print("")

print("Entrando nas funções de texto")
print("")

# Definir as assinaturas das funções
lib.ConcatStrings.restype = ctypes.c_char_p
lib.ConcatStrings.argtypes = [ctypes.c_char_p, ctypes.c_char_p]

lib.StringLength.restype = ctypes.c_int
lib.StringLength.argtypes = [ctypes.c_char_p]

lib.ToUpperCase.restype = ctypes.c_char_p
lib.ToUpperCase.argtypes = [ctypes.c_char_p]

lib.ReverseString.restype = ctypes.c_char_p
lib.ReverseString.argtypes = [ctypes.c_char_p]

# Usar as funções da biblioteca
s1 = b"Hello, "
s2 = b"World!"
s3 = b"trabalhando com bibliotecas compartilhadas"

concat_result = lib.ConcatStrings(s1, s2)
print(f"Palavra concatenada: {concat_result.decode('utf-8')}")

length_result = lib.StringLength(s3)
print(f"Tamanho da palavra '{s3.decode('utf-8')}': {length_result}")

uppercase_result = lib.ToUpperCase(s3)
print(f"Palavra maiuscula: {uppercase_result.decode('utf-8')}")

reverse_result = lib.ReverseString(s3)
print(f"Palavra Revertida: {reverse_result.decode('utf-8')}")

print("")

Explicação do Código

ctypes.CDLL: Carrega a biblioteca compartilhada.
argtypes: Define os tipos dos argumentos ctypes.c_int que a função espera (neste caso, dois inteiros).
restype: Define o tipo de retorno da função.
lib.Somar(3, 4): Chama a função Somar com os argumentos 3 e 4, e o resultado é armazenado na variável result_somar.
as funções seguintes (Subtrair e Multiplicar) seguem as mesmas logicas;
Se for notar, tem uma diferença na função Dividir nela foi utilizada float64 na DLL Go e nos argumentos do Python foi utilizado ctypes.c_double, para ter um retorno de número seja flutuante.
Para as funções de texto, no Go usamos a variável *C.char e no Python passamos os argumentos ctypes.c_char_p

Agora se fizer o comando: python3 test_sharedLibrary.py deverá retornar assim:

Entrando nas funções numericas

Resultado de 3 + 4: 7

Resultado de 10 - 4: 6

Resultado de 3 x 4: 12

Resultado de 12/4: 3.0

Entrando nas funções de texto

Palavra concatenada: Hello, World!

Tamanho da palavra 'trabalhando com bibliotecas compartilhadas': 42

Palavra maiúscula: TRABALHANDO COM BIBLIOTECAS COMPARTILHADAS

Palavra Revertida: sadahlitrapmoc sacetoilbib moc odnahlabart

2. Chamar a DLL a partir do Java

Para chamar a DLL a partir do Java, usaremos a biblioteca JNA (Java Native Access).

Código Java

Adicionar JNA ao seu projeto:

Se estiver usando Maven, adicione a dependência JNA no seu pom.xml:

<dependency>
      <groupId>net.java.dev.jna</groupId>
      <artifactId>jna</artifactId>
      <version>5.13.0</version>
    </dependency>

Escrever o código Java para chamar a função DLL:

Crie uma classe SharedLibrary.java e adicione o seguinte código:

import com.sun.jna.Library;
import com.sun.jna.Native;

public interface SharedLibrary extends Library {

    //criamos a instancia da classe nativa que chama  a biblioteca

    SharedLibrary INSTANCE = (SharedLibrary) Native.load("sharedLibrary", SharedLibrary.class);

    //Chama a função Somar da biblioteca
    Integer Somar(Integer num1, Integer num2);

    //Chama a função Subtrair da biblioteca
    Integer Subtrair(Integer num1, Integer num2);

    //Chama a função Multiplicar da biblioteca
    Integer Multiplicar(Integer num1, Integer num2);

    //Chama a função Dividir da biblioteca
    double Dividir(double num1, double num2);

    //Chama a função ConcatString da biblioteca
    String ConcatStrings(String st1, String st2);

    //Chama a função StringLength da biblioteca
    Integer StringLength(String st1); 
    
    //Chama a função ToUpperCase da biblioteca
    String ToUpperCase(String st1);

    //Chama a função ReverseString da biblioteca
    String ReverseString(String st1);

}

Explicação do Código

SharedLibrary INSTANCE = (SharedLibrary) Native.load("sharedLibrary", SharedLibrary.class): Carrega a biblioteca compartilhada.
Após criamos as funções idênticas às que foram criadas na biblioteca em Go, se na biblioteca estiver com *C.char em Java será String, se for float64 em Go será double no Java e int será Integer no Java.
Agora adicionar o seguinte codigo no App.Java:

public class App 
{
    public static void main( String[] args )
    {

        System.out.println("Entrando nas funções numericas");
        System.out.println("");

        //Cria um objeto da classe aonde foi instanciado a biblioteca
        SharedLibrary Lib = SharedLibrary.INSTANCE;
        
        //Passa as variaveis para o objeto chamando a função Somar
        Integer resultado = Lib.Somar(3,4);
        System.out.println("Resultado de 3 + 4: " + resultado);

        //Passa as variaveis para o objeto chamando a função Subtrair
        Integer resultado2 = Lib.Subtrair(10,4);
        System.out.println("Resultado de 10 - 4: " + resultado2);
        
        //Passa as variaveis para o objeto chamando a função Multiplicar
        Integer resultado3 = Lib.Multiplicar(3,4);
        System.out.println("Resultado de 3 x 4: " + resultado3);

        //Passa as variaveis para o objeto chamando a função Dividir
        double resultado4 = Lib.Dividir(12, 4);
        System.out.println("Resultado de 12 / 4: " + resultado4);

        System.out.println("");
        System.out.println("Entrando nas funções de texto");
        
        String s1 = "Hello, ";
        String s2 = "World!";
        String s3 = "trabalhando com bibliotecas compartilhadas";

        //Passa as variaveis para o objeto chamando a função ConcatStrings
        String concat_result = Lib.ConcatStrings(s1,s2);
        System.out.println("Palavra concatenada: " + concat_result);

        //Passa as variavel para o objeto chamando a função StringLength
        Integer length_result = Lib.StringLength(s3);
        System.out.println("Tamanho da palavra " + s3 + ": " + length_result);
        
        //Passa as variavel para o objeto chamando a função ToUpperCase
        String uppercase_result = Lib.ToUpperCase(s3);
        System.out.println("Palavra maiuscula: " + uppercase_result);

        //Passa as variavel para o objeto chamando a função ReverseString
        String reverse_result = Lib.ReverseString(s3);
        System.out.println("Palavra Revertida: " + reverse_result);

    }
}

Ao executar o comando deverá retornar assim:

Entrando nas funções numéricas
Resultado de 3 + 4: 7
Resultado de 10 - 4: 6
Resultado de 3 x 4: 12
Resultado de 12 / 4: 3.0
Entrando nas funções de texto
Palavra concatenada: Hello, World!
Tamanho da palavra trabalhando com bibliotecas compartilhadas: 42
Palavra maiuscula: TRABALHANDO COM BIBLIOTECAS COMPARTILHADAS
Palavra Revertida: sadahlitrapmoc sacetoilbib moc odnahlabart
PS C:\Users\thiago.alves\Documents\Estudo\Java\nfe>

Conclusão

Bibliotecas Compartilhadas (Shared libraries) são ferramentas poderosas para compartilhar código entre diferentes programas e linguagens. Go facilita a criação de shared libraries que podem ser integradas com linguagens como C, Python, Java, etc.

Neste artigo, vimos como criar uma shared library em Go e como integrá-la em um script Python e na linguagem Java. Essa flexibilidade pode ser extremamente útil em projetos que exigem interoperabilidade entre diferentes linguagens de programação de maneira eficiente.

Ao longo deste artigo, cobrimos os fundamentos necessários para começar a desenvolver shared libraries em Go, desde a configuração do ambiente até a implementação e uso em outras linguagens de programação.

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Thiago Alves

Graduado em Analise e Desenvolvimento de Sistemas. Pós graduação em Engenharia de Software. Líder técnico da equipe DFE Desktop na Tecnospeed. "Delpheiro" de coração e entusiasta nas ferramentas low-code e no-code

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O que é uma Biblioteca Compartilhada?

Vantagens das Bibliotecas Compartilhadas

1. Economia de Memória

2. Modularidade

3. Manutenção

4. Desempenho

5. Portabilidade

Criando uma Biblioteca Compartilhada em Go

Passo a Passo

1. Criar o Código Go

Explicação do Código

2. Compilar para Biblioteca Compartilhada

Utilizando a Biblioteca em Outras Linguagens

1. Utilizando a Biblioteca em Python

Exemplo em Python

Explicação do Código

2. Chamar a DLL a partir do Java

Código Java

Explicação do Código

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