Linux系统编程之静态/动态库生成实战

本节就如何创建和使用程序库进行论述。所谓” 程序库”，简单说，就 是包含了数据和执行码的文件。其不能单独执行，可以作为其它执行程序的一部分来完成某些功能。库的存在，可以使得程序模块化，可以加快程序的再编译，可以实现代码重用，可以使得程序便于升级。程序库可分静态库 (static library) 和共享库 (shared object)。

静态库

静态库是在可执行程序运行前就已经加入到执行码中，成为执行程序的一部分。静态库可以认为是一些目标代码的集合。按照习惯，一般以”.a” 做为文件后缀名。使用 ar(archiver) 命令可以创建静态库。因为共享库有着更大的优势，静态库已经不经常使用。但静态库使用简单，仍有使用的余地，并会一直存在。有些 Unix 系统，如 Solaris 10，已经基本废弃了静态库。
静态库在应用程序生成时，可以不必再编译，节省再编译时间。但在编译器越来越快的今天，这一点似乎已不重要。如果其他开发人员要使用你的程序，而你又不想给其源码，提供静态库是一种选择。从理论上讲，应用程序使用了静态库，要比使用动态加载库速度快 1-5%，但实际上可能并非如此。由此看来，除了使用方便外，静态库可能并非一种好的选择。

要创建一个静态库，或要将目标代码加入到已经存在的静态库中，可以 使用以下命令:** 静态库

ar rcs libmylib.a file1.o file2.o 

以上表示要把目标码 file1.o 和 file2.o 加入到静态库 libmylib.a 中 (ar 的参数 r)。若 libmylib.a 不存在，会自动创建 (ar 的参数 c)。然后更新.a 文件的索引，使之包含新加入的.o 文件的内容 (ar 的参数 s)。

静态库创建成功后，需要链接到应用程序中使用。使用 gcc 的 -l 选项来指定静态库，使用 -L 参数来指定库文件的搜索路径。比如上述例子应指定 -lmylib，所有库文件名都以 lib 开头，开头的 lib 在指定参数时应省略。-l 和 -L 之后都直接带参数而不跟空格。
在使用 gcc 时，要注意其参数的顺序。-l 是链接器选项，一定要放在被编译的文件名称之后;若放在文件名称之前则会连接失败，并会出现莫名其妙的错误。下面来实战一下。

生成实例

通用步骤：

1. 通过代码生成 *.o 编译后文件

   gcc -c -fPIC (-Iinclude) *c 
   -I 为包含头文件路径，include 为 *.c 源码包含的头文件路径
   

2. 使用 ar 将 .o 打包成 .a 静态库

   ar rcs lib*.a *.o
   可以使用 nm -a *.a 查看静态库内容
   

3. 将 *.a 打包到应用程序中直接使用

   gcc main.c (-Iinclude) lib/lib*.a -o app
   -I 包含头文件路径，lib*.a 为静态库名，前面的 lib 为静态库的路径
   

代码及路径

库头文件

路径： /include/math.h

#include <stdio.h>

int add(int i,int j);
int sub(int i, int j);

库实现文件

路径： /src/math.c

#include "../include/math.h"

int add(int i,int j)
{
    return i+j;
}

int sub(int i,int j)
{
    return i*j;
}

调用文件

路径： ./main.c

#include <stdio.h>
#include "include/math.h"

int main(void)
{
    int a = add(5,4);
    printf("%d\n",a);

    int s = sub(5,4);
    printf("%d\n",s);
    return 0;

}

编译流程

1. 将 .c 生成 .o 中间文件

   gcc -c -fPIC -Iinclude ./srcmath.c
   当前路径位于main.c, 生成 math.o 
   

2. 根据 .o 生成对应的 .a 静态库

   ar rcs libmath.a math.o
   文件下生成 libmath.a 静态库文件
   查看静态内容    
   nm -a libmath.a 
   

3. 将 *.a 打包进入可执行文件中

   gcc main.c (-Iinclude) lib/libmath.a -o app
   步骤2将生成静态库放到了主目录下lib下
   

4. 执行查看结果

   执行结果输出
   Allies:soku rememberme$ ./app
   9
   20
   

动态库

共享库，是在执行程序启动时加载到执行程序中，可以被多个执行程序共享使用。建议库开发人员创建共享库，比较明显的优势在于库是独立的，便于维护和更新;而静态库的更新比较麻烦，一般不做推荐。然而，它们又各有优点，后面会讲到。

Linux下的库均采用的是动态库形式，便于更新以及各个程序都可无缝调用，而且还节省空间，优点出众，下面我们来看如何生成动态库并实施运行。

共享库的创建比较简单，基本有两步。首先使用 -fPIC 或 -fpic 创建目标文件，PIC 或 pic 表示位置无关代码，然后就可以使用以下格式创建共享库了:

gcc -share -Wl,-soname,lib*.so.1 -o lib*.so.1.01 *.o

注意：

1. -Wl,-soname,lib*.so.1之间没有空格
2. *.o 后面可以跟 .o 多个文件

3. 对于 so 库的默认名字的解释

   real name:  lib*.so.1.01    真实的so库名 
   so name:    lib*.so.1       只含有大版本的so库名
   link name:  lib*.so         编译链接阶段使用，方便Makefile管理
   link name 使用命令 ln -s lib*.so.1.01 lib.*.so 来创建
   

生成实例

通用步骤：

1. 源库文件 .c 生成 .o 中间文件

   gcc -c -fPIC (-Include) *.c
   

2. 将 .o 生成动态库 .so

   gcc -share -Wl,-soname,lib*.so.1 -o lib*.so.1.01 *.o
   

3. 将动态库链接到可执行主文件中

   gcc main.c lib/lib*.so -o app
   已建立动态库 real name 的 link name 库
   

4. 设置共享库配置文件

   1. 打开指定配置文件
   sudo vim /etc/ld.conf
   
   2. 添加动态库所在路径
   
   3. 更新动态库配置文件
   sudo ldconfig -v 
   

编译流程

1. 源库文件 .c 生成 .o 中间文件

   gcc -c -fPIC -Include ./src/math.c
   

2. 将 .o 生成动态库 .so

   gcc -shared -Wl,-soname,libmath.so.1 -o libmath.so.1.01 math.o
   
   linux端测试成功，mac端失败，使用如下命令（不含版本号信息）
   gcc -shared -Wl -o libmath.so math.o
   

3. 将动态库链接到可执行主文件中

   gcc main.c lib/lib*.so -o app1
   已建立动态库 real name 的 link name 库
   ldd app1 测试程序可否找到共享库
   

4. 设置共享库配置文件（Linux配置，Mac测试无需配置）

   1. 打开指定配置文件
   sudo vim /etc/ld.conf
   
   2. 添加动态库所在的绝对路径
   /home/allies/linux/shared/lib
   
   3. 更新动态库配置文件
   sudo ldconfig -v 
   

5. 运行查看结果

   Allies:soku rememberme$ ./app1
   9
   20
   

Linux下共享库的加载

在所有基于 GNUglibc 的系统中，在启动一个 ELF 二进制执行程序时， 一个特殊的程序”程序装载器”会被自动装载并运行。在 linux 中，这个程序装载器就是/lib/ld-linux.so.X(X 是版本号)。它会查找并装载应用程序所依赖的所有共享库。被搜索的目录保存在/etc/ld.so.conf 文件中。当然，如果程序的每次启动，都要去搜索一番，势必效率不堪忍受。Linux 系统已经考虑这一点，对共享库采用了缓存管理。ldconfig 就是实现这一功能的工具，其缺省读取/etc/ld.so.conf 文件，对所有共享库按照一定规范建立符号连接，然后将信息写入 /etc/ld.so.cache。/etc/ld.so.cache 的存在大大加快了程序的启动速度。

总结

共享库下静态库和动态库都已实现，总结一下两者的优缺点：

共享库	优点	缺点
静态库	库文件直接打入代码中，linux下无需修改动态库配置文件直接使用	代码体积比较大，升级迭代麻烦
动态库	代码中使用相对地址寻址，值友符号记录表和库版本号，升级迭代容易，代码体积小	主机必须含有共享库，且版本一致，linux下需要修改动态库搜寻配置文件

邢文鹏Linux教学资料