Filename：[Linux]鏈接，靜態庫和動態庫
Version：V1.0
Date：12/01/2009
Author：S.C.Leon <[email protected]>
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在Linux中創建靜態庫和動態庫
一、基本概念
1.1什麼是庫
在windows平臺和linux平臺下都大量存在着庫。
本質上來說庫是一種可執行代碼的二進制形式，可以被操作系統載入內存執行。
由於windows和linux的平臺不同（主要是編譯器、彙編器和連接器的不同），因此二者庫的二進制是不兼容的。
本文僅限於介紹linux下的庫。
1.2庫的種類
linux下的庫有兩種：靜態庫和共享庫（動態庫）。
二者的不同點在於代碼被載入的時刻不同。
靜態庫的代碼在編譯過程中已經被載入可執行程序，因此體積較大。
共享庫的代碼是在可執行程序運行時才載入內存的，在編譯過程中僅簡單的引用，因此代碼體積較小。
1.3庫存在的意義
庫是別人寫好的現有的，成熟的，可以複用的代碼，你可以使用但要記得遵守許可協議。
現實中每個程序都要依賴很多基礎的底層庫，不可能每個人的代碼都從零開始，因此庫的存在意義非同尋常。
共享庫的好處是，不同的應用程序如果調用相同的庫，那麼在內存裏只需要有一份該共享庫的實例。
1.4庫文件是如何產生的在linux下
靜態庫的後綴是.a，它的產生分兩步
Step 1.由源文件編譯生成一堆.o，每個.o裏都包含這個編譯單元的符號表
Step 2.ar命令將很多.o轉換成.a，成文靜態庫
動態庫的後綴是.so，它由gcc加特定參數編譯產生。
具體方法參見後文實例。
1.5庫文件是如何命名的，有沒有什麼規範
在linux下，庫文件一般放在/usr/lib和/lib下，
靜態庫的名字一般爲libxxxx.a，其中xxxx是該lib的名稱
動態庫的名字一般爲libxxxx.so.major.minor，xxxx是該lib的名稱，major是主版本號，minor是副版本號
1.6如何知道一個可執行程序依賴哪些庫
ldd命令可以查看一個可執行程序依賴的共享庫，
例如# ldd /bin/lnlibc.so.6
=> /lib/libc.so.6 (0×40021000)/lib/ld-linux.so.2
=> /lib/ld- linux.so.2 (0×40000000)
可以看到ln命令依賴於libc庫和ld-linux庫
1.7可執行程序在執行的時候如何定位共享庫文件
當系統加載可執行代碼時候，能夠知道其所依賴的庫的名字，但是還需要知道絕對路徑
此時就需要系統動態載入器(dynamic linker/loader)
對於elf格式的可執行程序，是由ld-linux.so*來完成的，它先後搜索elf文件的DT_RPATH段—環境變量LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache文件列表—/lib/,/usr/lib目錄找到庫文件後將其載入內存
如：export LD_LIBRARY_PATH=’pwd’
將當前文件目錄添加爲共享目錄
1.8在新安裝一個庫之後如何讓系統能夠找到他
如果安裝在/lib或者/usr/lib下，那麼ld默認能夠找到，無需其他操作。
如果安裝在其他目錄，需要將其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步驟如下
1.編輯/etc/ld.so.conf文件，加入庫文件所在目錄的路徑
2.運行ldconfig，該命令會重建/etc/ld.so.cache文件
二、實驗設計
我們通常把一些公用函數製作成函數庫，供其它程序使用。
函數庫分爲靜態庫和動態庫兩種。
靜態庫在程序編譯時會被連接到目標代碼中，程序運行時將不再需要該靜態庫。
動態庫在程序編譯時並不會被連接到目標代碼中，而是在程序運行是才被載入，因此在程序運行時還需要動態庫存在。
本文主要通過舉例來說明在Linux中如何創建靜態庫和動態庫，以及使用它們。
爲了便於闡述，我們先做一部分準備工作。
2.1準備好測試代碼hello.h、hello.c和main.c；
hello.h(見程序1)爲該函數庫的頭文件。
hello.c(見程序2)是函數庫的源程序，其中包含公用函數hello，該函數將在屏幕上輸出"Hello XXX!"。
main.c(見程序3)爲測試庫文件的主程序，在主程序中調用了公用函數hello。
程序1: hello.h
#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H
void hello(const char *name);
#endif //HELLO_H
程序2: hello.c
#include <stdio.h>
void hello(const char *name)
{
printf("Hello %s!/n", name);
}
程序3: main.c
#include "hello.h"
int main()
{
hello("everyone");
return 0;
}
2.2問題的提出
注意：這個時候，我們編譯好的hello.o是無法通過gcc –o 編譯的，這個道理非常簡單，
hello.c是一個沒有main函數的.c程序，因此不夠成一個完整的程序，如果使用gcc –o 編譯並連接它，GCC將報錯。
無論靜態庫，還是動態庫，都是由.o文件創建的。因此，我們必須將源程序hello.c通過gcc先編譯成.o文件。
這個時候我們有三種思路：
1） 通過編譯多個源文件，直接將目標代碼合成一個.o文件。
2） 通過創建靜態鏈接庫libmyhello.a，使得main函數調用hello函數時可調用靜態鏈接庫。
3） 通過創建動態鏈接庫libmyhello.so，使得main函數調用hello函數時可調用靜態鏈接庫。
2.3思路一：編譯多個源文件
在系統提示符下鍵入以下命令得到hello.o文件。
# gcc -c hello.c
爲什麼不適用gcc –o hello hello.c 這個道理我們之前已經說了，使用-c是什麼意思呢？這涉及到gcc 編譯選項的常識。
我們通常使用的gcc –o 是將.c源文件編譯成爲一個可執行的二進制代碼，這包括調用作爲GCC內的一部分真正的C編譯器（ccl），以及調用GNU C編譯器的輸出中實際可執行代碼的外部GNU彙編器和連接器工具。
而gcc –c是使用GNU彙編器將源文件轉化爲目標代碼之後就結束，在這種情況下連接器並沒有被執行，所以輸出的目標文件不會包含作爲Linux程序在被裝載和執行時所必須的包含信息，但它可以在以後被連接到一個程序。
我們運行ls命令看看是否生存了hello.o文件。
# ls
hello.c hello.h hello.o main.c
在ls命令結果中，我們看到了hello.o文件，本步操作完成。
同理編譯main
#gcc –c main.c
將兩個文件鏈接成一個.o文件。
#gcc –o hello hello.o main.o
運行
# ./hello
Hello everyone!
完成^ ^!
2.4思路二：靜態鏈接庫
下面我們先來看看如何創建靜態庫，以及使用它。
靜態庫文件名的命名規範是以lib爲前綴，緊接着跟靜態庫名，擴展名爲.a。例如：我們將創建的靜態庫名爲myhello，則靜態庫文件名就是libmyhello.a。在創建和使用靜態庫時，需要注意這點。創建靜態庫用ar命令。
在系統提示符下鍵入以下命令將創建靜態庫文件libmyhello.a。
# ar cr libmyhello.a hello.o
我們同樣運行ls命令查看結果：
# ls
hello.c hello.h hello.o libmyhello.a main.c
ls命令結果中有libmyhello.a。
靜態庫製作完了，如何使用它內部的函數呢？只需要在使用到這些公用函數的源程序中包含這些公用函數的原型聲明，然後在用gcc命令生成目標文件時指明靜態庫名，gcc將會從靜態庫中將公用函數連接到目標文件中。注意，gcc會在靜態庫名前加上前綴lib，然後追加擴展名.a得到的靜態庫文件名來查找靜態庫文件。
在程序3:main.c中，我們包含了靜態庫的頭文件hello.h，然後在主程序main中直接調用公用函數hello。下面先生成目標程序hello，然後運行hello程序看看結果如何。
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
# ./hello
Hello everyone!
我們刪除靜態庫文件試試公用函數hello是否真的連接到目標文件hello中了。
# rm libmyhello.a
rm: remove regular file `libmyhello.a'? y
# ./hello
Hello everyone!
程序照常運行，靜態庫中的公用函數已經連接到目標文件中了。
2.5思路三、動態鏈接庫
我們繼續看看如何在Linux中創建動態庫。我們還是從.o文件開始。
動態庫文件名命名規範和靜態庫文件名命名規範類似，也是在動態庫名增加前綴lib，但其文件擴展名爲.so。例如：我們將創建的動態庫名爲myhello，則動態庫文件名就是libmyhello.so。用gcc來創建動態庫。
在系統提示符下鍵入以下命令得到動態庫文件libmyhello.so。
# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o
“PCI”命令行標記告訴GCC產生的代碼不要包含對函數和變量具體內存位置的引用，這是因爲現在還無法知道使用該消息代碼的應用程序會將它連接到哪一段內存地址空間。這樣編譯出的hello.o可以被用於建立共享鏈接庫。建立共享鏈接庫只需要用GCC的”-shared”標記即可。
我們照樣使用ls命令看看動態庫文件是否生成。
# ls
hello.c hello.h hello.o libmyhello.so main.c
調用動態鏈接庫編譯目標文件。
在程序中使用動態庫和使用靜態庫完全一樣，也是在使用到這些公用函數的源程序中包含這些公用函數的原型聲明，然後在用gcc命令生成目標文件時指明動態庫名進行編譯。我們先運行gcc命令生成目標文件，再運行它看看結果。
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
使用”-lmyhello”標記來告訴GCC驅動程序在連接階段引用共享函數庫libmyhello.so。”-L.”標記告訴GCC函數庫可能位於當前目錄。否則GNU連接器會查找標準系統函數目錄。
# ./hello
./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory
#
錯誤提示，找不到動態庫文件libmyhello.so。程序在運行時，會在/usr/lib和/lib等目錄中查找需要的動態庫文件。若找到，則載入動態庫，否則將提示類似上述錯誤而終止程序運行。我們將文件libmyhello.so複製到目錄/usr/lib中，再試試。
# mv libmyhello.so /usr/lib
# ./hello
Hello everyone!
#
這也進一步說明了動態庫在程序運行時是需要的。
參考文獻：
1、《Linux高級程序設計》Jon Masters等 人民郵電出版社
2、《Linux程序設計》Neil Matthew 等 人民郵電出版社
3、http://www.2cto.com/kf/201203/122078.html
4、http://www.2cto.com/os/200910/42013.html
Version：V1.0
Date：12/01/2009
Author：S.C.Leon <[email protected]>
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在Linux中創建靜態庫和動態庫
一、基本概念
1.1什麼是庫
在windows平臺和linux平臺下都大量存在着庫。
本質上來說庫是一種可執行代碼的二進制形式，可以被操作系統載入內存執行。
由於windows和linux的平臺不同（主要是編譯器、彙編器和連接器的不同），因此二者庫的二進制是不兼容的。
本文僅限於介紹linux下的庫。
1.2庫的種類
linux下的庫有兩種：靜態庫和共享庫（動態庫）。
二者的不同點在於代碼被載入的時刻不同。
靜態庫的代碼在編譯過程中已經被載入可執行程序，因此體積較大。
共享庫的代碼是在可執行程序運行時才載入內存的，在編譯過程中僅簡單的引用，因此代碼體積較小。
1.3庫存在的意義
庫是別人寫好的現有的，成熟的，可以複用的代碼，你可以使用但要記得遵守許可協議。
現實中每個程序都要依賴很多基礎的底層庫，不可能每個人的代碼都從零開始，因此庫的存在意義非同尋常。
共享庫的好處是，不同的應用程序如果調用相同的庫，那麼在內存裏只需要有一份該共享庫的實例。
1.4庫文件是如何產生的在linux下
靜態庫的後綴是.a，它的產生分兩步
Step 1.由源文件編譯生成一堆.o，每個.o裏都包含這個編譯單元的符號表
Step 2.ar命令將很多.o轉換成.a，成文靜態庫
動態庫的後綴是.so，它由gcc加特定參數編譯產生。
具體方法參見後文實例。
1.5庫文件是如何命名的，有沒有什麼規範
在linux下，庫文件一般放在/usr/lib和/lib下，
靜態庫的名字一般爲libxxxx.a，其中xxxx是該lib的名稱
動態庫的名字一般爲libxxxx.so.major.minor，xxxx是該lib的名稱，major是主版本號，minor是副版本號
1.6如何知道一個可執行程序依賴哪些庫
ldd命令可以查看一個可執行程序依賴的共享庫，
例如# ldd /bin/lnlibc.so.6
=> /lib/libc.so.6 (0×40021000)/lib/ld-linux.so.2
=> /lib/ld- linux.so.2 (0×40000000)
可以看到ln命令依賴於libc庫和ld-linux庫
1.7可執行程序在執行的時候如何定位共享庫文件
當系統加載可執行代碼時候，能夠知道其所依賴的庫的名字，但是還需要知道絕對路徑
此時就需要系統動態載入器(dynamic linker/loader)
對於elf格式的可執行程序，是由ld-linux.so*來完成的，它先後搜索elf文件的DT_RPATH段—環境變量LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache文件列表—/lib/,/usr/lib目錄找到庫文件後將其載入內存
如：export LD_LIBRARY_PATH=’pwd’
將當前文件目錄添加爲共享目錄
1.8在新安裝一個庫之後如何讓系統能夠找到他
如果安裝在/lib或者/usr/lib下，那麼ld默認能夠找到，無需其他操作。
如果安裝在其他目錄，需要將其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步驟如下
1.編輯/etc/ld.so.conf文件，加入庫文件所在目錄的路徑
2.運行ldconfig，該命令會重建/etc/ld.so.cache文件
二、實驗設計
我們通常把一些公用函數製作成函數庫，供其它程序使用。
函數庫分爲靜態庫和動態庫兩種。
靜態庫在程序編譯時會被連接到目標代碼中，程序運行時將不再需要該靜態庫。
動態庫在程序編譯時並不會被連接到目標代碼中，而是在程序運行是才被載入，因此在程序運行時還需要動態庫存在。
本文主要通過舉例來說明在Linux中如何創建靜態庫和動態庫，以及使用它們。
爲了便於闡述，我們先做一部分準備工作。
2.1準備好測試代碼hello.h、hello.c和main.c；
hello.h(見程序1)爲該函數庫的頭文件。
hello.c(見程序2)是函數庫的源程序，其中包含公用函數hello，該函數將在屏幕上輸出"Hello XXX!"。
main.c(見程序3)爲測試庫文件的主程序，在主程序中調用了公用函數hello。
程序1: hello.h
#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H
void hello(const char *name);
#endif //HELLO_H
程序2: hello.c
#include <stdio.h>
void hello(const char *name)
{
printf("Hello %s!/n", name);
}
程序3: main.c
#include "hello.h"
int main()
{
hello("everyone");
return 0;
}
2.2問題的提出
注意：這個時候，我們編譯好的hello.o是無法通過gcc –o 編譯的，這個道理非常簡單，
hello.c是一個沒有main函數的.c程序，因此不夠成一個完整的程序，如果使用gcc –o 編譯並連接它，GCC將報錯。
無論靜態庫，還是動態庫，都是由.o文件創建的。因此，我們必須將源程序hello.c通過gcc先編譯成.o文件。
這個時候我們有三種思路：
1） 通過編譯多個源文件，直接將目標代碼合成一個.o文件。
2） 通過創建靜態鏈接庫libmyhello.a，使得main函數調用hello函數時可調用靜態鏈接庫。
3） 通過創建動態鏈接庫libmyhello.so，使得main函數調用hello函數時可調用靜態鏈接庫。
2.3思路一：編譯多個源文件
在系統提示符下鍵入以下命令得到hello.o文件。
# gcc -c hello.c
爲什麼不適用gcc –o hello hello.c 這個道理我們之前已經說了，使用-c是什麼意思呢？這涉及到gcc 編譯選項的常識。
我們通常使用的gcc –o 是將.c源文件編譯成爲一個可執行的二進制代碼，這包括調用作爲GCC內的一部分真正的C編譯器（ccl），以及調用GNU C編譯器的輸出中實際可執行代碼的外部GNU彙編器和連接器工具。
而gcc –c是使用GNU彙編器將源文件轉化爲目標代碼之後就結束，在這種情況下連接器並沒有被執行，所以輸出的目標文件不會包含作爲Linux程序在被裝載和執行時所必須的包含信息，但它可以在以後被連接到一個程序。
我們運行ls命令看看是否生存了hello.o文件。
# ls
hello.c hello.h hello.o main.c
在ls命令結果中，我們看到了hello.o文件，本步操作完成。
同理編譯main
#gcc –c main.c
將兩個文件鏈接成一個.o文件。
#gcc –o hello hello.o main.o
運行
# ./hello
Hello everyone!
完成^ ^!
2.4思路二：靜態鏈接庫
下面我們先來看看如何創建靜態庫，以及使用它。
靜態庫文件名的命名規範是以lib爲前綴，緊接着跟靜態庫名，擴展名爲.a。例如：我們將創建的靜態庫名爲myhello，則靜態庫文件名就是libmyhello.a。在創建和使用靜態庫時，需要注意這點。創建靜態庫用ar命令。
在系統提示符下鍵入以下命令將創建靜態庫文件libmyhello.a。
# ar cr libmyhello.a hello.o
我們同樣運行ls命令查看結果：
# ls
hello.c hello.h hello.o libmyhello.a main.c
ls命令結果中有libmyhello.a。
靜態庫製作完了，如何使用它內部的函數呢？只需要在使用到這些公用函數的源程序中包含這些公用函數的原型聲明，然後在用gcc命令生成目標文件時指明靜態庫名，gcc將會從靜態庫中將公用函數連接到目標文件中。注意，gcc會在靜態庫名前加上前綴lib，然後追加擴展名.a得到的靜態庫文件名來查找靜態庫文件。
在程序3:main.c中，我們包含了靜態庫的頭文件hello.h，然後在主程序main中直接調用公用函數hello。下面先生成目標程序hello，然後運行hello程序看看結果如何。
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
# ./hello
Hello everyone!
我們刪除靜態庫文件試試公用函數hello是否真的連接到目標文件hello中了。
# rm libmyhello.a
rm: remove regular file `libmyhello.a'? y
# ./hello
Hello everyone!
程序照常運行，靜態庫中的公用函數已經連接到目標文件中了。
2.5思路三、動態鏈接庫
我們繼續看看如何在Linux中創建動態庫。我們還是從.o文件開始。
動態庫文件名命名規範和靜態庫文件名命名規範類似，也是在動態庫名增加前綴lib，但其文件擴展名爲.so。例如：我們將創建的動態庫名爲myhello，則動態庫文件名就是libmyhello.so。用gcc來創建動態庫。
在系統提示符下鍵入以下命令得到動態庫文件libmyhello.so。
# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o
“PCI”命令行標記告訴GCC產生的代碼不要包含對函數和變量具體內存位置的引用，這是因爲現在還無法知道使用該消息代碼的應用程序會將它連接到哪一段內存地址空間。這樣編譯出的hello.o可以被用於建立共享鏈接庫。建立共享鏈接庫只需要用GCC的”-shared”標記即可。
我們照樣使用ls命令看看動態庫文件是否生成。
# ls
hello.c hello.h hello.o libmyhello.so main.c
調用動態鏈接庫編譯目標文件。
在程序中使用動態庫和使用靜態庫完全一樣，也是在使用到這些公用函數的源程序中包含這些公用函數的原型聲明，然後在用gcc命令生成目標文件時指明動態庫名進行編譯。我們先運行gcc命令生成目標文件，再運行它看看結果。
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
使用”-lmyhello”標記來告訴GCC驅動程序在連接階段引用共享函數庫libmyhello.so。”-L.”標記告訴GCC函數庫可能位於當前目錄。否則GNU連接器會查找標準系統函數目錄。
# ./hello
./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory
#
錯誤提示，找不到動態庫文件libmyhello.so。程序在運行時，會在/usr/lib和/lib等目錄中查找需要的動態庫文件。若找到，則載入動態庫，否則將提示類似上述錯誤而終止程序運行。我們將文件libmyhello.so複製到目錄/usr/lib中，再試試。
# mv libmyhello.so /usr/lib
# ./hello
Hello everyone!
#
這也進一步說明了動態庫在程序運行時是需要的。
參考文獻：
1、《Linux高級程序設計》Jon Masters等 人民郵電出版社
2、《Linux程序設計》Neil Matthew 等 人民郵電出版社
3、http://www.2cto.com/kf/201203/122078.html
4、http://www.2cto.com/os/200910/42013.html
