关于动态连接库与静态连接库

简介

1. 静态函数库

    这类库的名字通常是libxxx.a；利用静态函数库编译成的文件比较大，由于整个 函数库的全部数据都会被整合进目标代码中，他的优势就显而易见了，即编译后的执行程序不须要外部的函数库支持，由于全部使用的函数都已经被编译进去了。固然这也会成为他的缺点，由于若是静态函数库改变了，那么你的程序必须从新编译。

2. 动态函数库

    这类库的名字通常是libxxx.so;相对于静态函数库，动态函数库在编译的时候 并无被编译进目标代码中，你的程序执行到相关函数时才调用该函数库里的相应函数，所以动态函数库所产生的可执行文件比较小。因为函数库没有被整合进你的程序，而是程序运行时动态的申请并调用，因此程序的运行环境中必须提供相应的库。动态函数库的改变并不影响你的程序，因此动态函数库的升级比较方便。 
linux系统有几个重要的目录存放相应的函数库，如/lib /usr/lib

即：

静态库在程序编译时会被链接到目标代码中，程序运行时将再也不须要该静态库。

动态库在程序编译时并不会被链接到目标代码中，而是在程序运行是才被载入，所以在程序运行时还须要动态库存在。

可是通过几回项目后发现：动态连接库的好处，特别是较大的软件系统，里边有不少模块，每一个模块的业务逻辑并非很固定。拿最近的项目，第三方支付，就是要和不一样平台交互，因此每一个模块要常常改动，特别是测试阶段，若是采用静态库，则每次整个系统都要从新编译一次，不能保证系统24运行。可是，若是采起动态连接库的方式，就能够解决，每一个模块下都有本身的makefile，编译链接网，生成动态连接库，并将其存放在LD_LIBRARY_PATH环境变量制定的目录下。

 

 具体编译步骤及命令

第1步：编辑获得举例的程序--hello.h、hello.c和main.c；

hello.h(见程序1)为该函数库的头文件。

hello.c(见程序2)是函数库的源程序，其中包含公用函数hello，该函数将在屏幕上输出"Hello XXX!"。

main.c(见程序3)为测试库文件的主程序，在主程序中调用了公用函数hello。

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 程序1: hello.h

 #ifndef HELLO_H
 #define HELLO_H
 
 void hello(const char *name);
 
 #endif //HELLO_H

 

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 程序2: hello.c

 #include <stdio.h>
 
 void hello(const char *name)
 {
  printf("Hello %s!\n", name);
 }

 

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  程序3: main.c
 #include "hello.h"
 
 int main()
 {
  hello("everyone");
  return 0;
 }

 

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第2步：将hello.c编译成.o文件；

不管静态库，仍是动态库，都是由.o文件建立的。所以，咱们必须将源程序hello.c经过gcc先编译成.o文件。

在系统提示符下键入如下命令获得hello.o文件。

# gcc -c hello.c

#

(注1：本文不介绍各命令使用和其参数功能，若但愿详细了解它们，请参考其余文档。)

(注2：首字符"#"是系统提示符，不须要键入，下文相同。)

咱们运行ls命令看看是否生存了hello.o文件。

# ls

hello.c hello.h hello.o main.c

#

(注3：首字符不是"#"为系统运行结果，下文相同。)

在ls命令结果中，咱们看到了hello.o文件，本步操做完成。

下面咱们先来看看如何建立静态库，以及使用它。

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第3步：由.o文件建立静态库；

静态库文件名的命名规范是以lib为前缀，紧接着跟静态库名，扩展名为.a。例如：咱们将建立的静态库名为myhello，则静态库文件名就是libmyhello.a。在建立和使用静态库时，须要注意这点。建立静态库用ar命令。

在系统提示符下键入如下命令将建立静态库文件libmyhello.a。

# ar cr libmyhello.a hello.o

#

咱们一样运行ls命令查看结果：

# ls

hello.c hello.h hello.o libmyhello.a main.c

#

ls命令结果中有libmyhello.a。

#注释：

格式：ar rcs  libxxx.a xx1.o xx2.o

参数r：在库中插入模块(替换)。当插入的模块名已经在库中存在，则替换同名的模块。若是若干模块中有一个模块在库中不存在，ar显示一个错误消息，并不替换其余同名模块。默认的状况下，新的成员增长在库的结尾处，可使用其余任选项来改变增长的位置。

参数c：建立一个库。无论库是否存在，都将建立。

参数s：建立目标文件索引，这在建立较大的库时能加快时间。（补充：若是不须要建立索引，可改为大写S参数；若是.a文件缺乏索引，可使用ranlib命令添加）

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第4步：在程序中使用静态库；

静态库制做完了，如何使用它内部的函数呢？只须要在使用到这些公用函数的源程序中包含这些公用函数的原型声明，而后在用gcc命令生成目标文件时指明静态库名，gcc将会从静态库中将公用函数链接到目标文件中。注意，gcc会在静态库名前加上前缀lib，而后追加扩展名.a获得的静态库文件名来查找静态库文件。

在程序3:main.c中，咱们包含了静态库的头文件hello.h，而后在主程序main中直接调用公用函数hello。下面先生成目标程序hello，而后运行hello程序看看结果如何。

# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello      #注释："-L."必须加上，含义是指定连接库所在的目录，不然报错，找不到对应的连接库

# ./hello

Hello everyone!

#

咱们删除静态库文件试试公用函数hello是否真的链接到目标文件 hello中了。

# rm libmyhello.a

rm: remove regular file `libmyhello.a'? y

# ./hello

Hello everyone!

#

程序照常运行，静态库中的公用函数已经链接到目标文件中了。

咱们继续看看如何在Linux中建立动态库。咱们仍是从.o文件开始。

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第5步：由.o文件建立动态库文件；

动态库文件名命名规范和静态库文件名命名规范相似，也是在动态库名增长前缀lib，但其文件扩展名为.so。例如：咱们将建立的动态库名为myhello，则动态库文件名就是libmyhello.so。用gcc来建立动态库。

在系统提示符下键入如下命令获得动态库文件libmyhello.so。

# gcc -c -fPIC hello.c -o hello.o

# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o　　

#

 

咱们照样使用ls命令看看动态库文件是否生成。“PIC”命令行标记告诉GCC产生的代码不要包含对函数和变量具体内存位置的引用，这是由于如今还没法知道使用该消息代码的应用程序会将它链接到哪一段内存地址空间。这样编译出的hello.o能够被用于创建共享连接库。创建共享连接库只须要用GCC的”-shared”标记便可。

# ls

hello.c hello.h hello.o libmyhello.so main.c

#注释

 Linux下生成动态连接库是否必须使用 -fPIC 的问题 ：-fPIC 做用于编译阶段，告诉编译器产生与位置无关代码(Position-Independent Code)，因此在编译动态库所需的.o文件时，gcc -c -fPIC hello.c -o hello.o，这样在gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o，才不会报错。

 

在 Linux 下制做动态连接库，“标准” 的作法是编译成位置无关代码（Position Independent Code，PIC），而后连接成一个动态连接库。常常遇到的一个问题是 -fPIC 是否是必需，由于好像不加常常也能正常运行，只是建立 .so 的时候会有一个警告。

可执行文件在连接时就知道每一行代码、每个变量会被放到线性地址空间的什么位置，所以这些地址能够都做为常数写到代码里面。对动态库，这就不行了，这要等到加载时才知道。无非下面两种方法：

　　(1) 可重定位代码（relocatable code）：Windows DLL 以及不使用 -fPIC 的 Linux SO。

　　生成动态库时假定它被加载在地址 0 处。加载时它会被加载到一个地址（base），这时要进行一次重定位（relocation），把代码、数据段中全部的地址加上这个 base 的值。这样代码运行时就能使用正确的地址了。

　　(2) 位置无关代码（position independent code）：使用 -fPIC 的 Linux SO。

　　这样的代码自己就能被放到线性地址空间的任意位置，无需修改就能正确执行。一般的方法是获取指令指针（如 IA32 的 EIP 寄存器）的值，加上一个偏移获得全局变量/函数的地址。

结论：把动态库编译成 PIC 只有好处没有坏处，于是部分CPU要求用于生成动态库的目标文件必须使用 -fPIC 编译也合情合理了。

 

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第6步：在程序中使用动态库；

在程序中使用动态库和使用静态库彻底同样，也是在使用到这些公用函数的源程序中包含这些公用函数的原型声明，而后在用gcc命令生成目标文件时指明动态库名进行编译。咱们先运行gcc命令生成目标文件，再运行它看看结果。

# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello

# ./hello

./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory

#

哦！出错了。快看看错误提示，原来是找不到动态库文件libmyhello.so。程序在运行时，会在/usr/lib和/lib等目录中查找须要的动态库文件。若找到，则载入动态库，不然将提示相似上述错误而终止程序运行。咱们将文件libmyhello.so复制到目录/usr/lib中，再试试。

（使用”-lmyhello”标记来告诉GCC驱动程序在链接阶段引用共享函数库libmyhello.so。”-L.”标记告诉GCC函数库可能位于当前目录。不然GNU链接器会查找标准系统函数目录:它前后搜索1.elf文件的 DT_RPATH段—2.环境变量LD_LIBRARY_PATH—3./etc/ld.so.cache文件列表—4./lib/,/usr/lib目录找到库文件后将其载入内存,可是咱们生成的共享库在当前文件夹下，并无加到上述的4个路径的任何一个中，所以，执行后会出现错误）

# mv libmyhello.so /usr/lib

# ./hello

Hello everyone!

#

成功了。这也进一步说明了动态库在程序运行时是须要的。

另外：既然链接器会搜寻LD_LIBRARY_PATH所指定的目录，那么咱们能够将这个环境变量设置成当前目录：

先执行：

export LD_LIBRARY_PATH=$(pwd)

再执行：

./hello

成功！

最后：执行：  

ldconfig   /usr/zhsoft/lib     
    
  注:   当用户在某个目录下面建立或拷贝了一个动态连接库,若想使其被系统共享,能够执行一下"ldconfig   目录名"这个命令.此命令的功能在于让ldconfig将指定目录下的动态连接库被系统共享起来,意即:在缓存文件/etc/ld.so.cache中追加进指定目录下的共享库.本例让系统共享了/usr/zhsoft/lib目录下的动态连接库.该命令会重建/etc/ld.so.cache文件

成功！

能够查看程序执行时调用动态库的过程：

 

 

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咱们回过头看看，发现使用静态库和使用动态库编译成目标程序使用的gcc命令彻底同样，那当静态库和动态库同名时，gcc命令会使用哪一个库文件呢？抱着对问题必究到底的心情，来试试看。

先删除 除.c和.h外的 全部文件，恢复成咱们刚刚编辑完举例程序状态。

# rm -f hello hello.o /usr/lib/libmyhello.so

# ls

hello.c hello.h main.c

#

在来建立静态库文件libmyhello.a和动态库文件libmyhello.so。

# gcc -c hello.c

# ar cr libmyhello.a hello.o

# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o

# ls

hello.c hello.h hello.o libmyhello.a libmyhello.so main.c

#

经过上述最后一条ls命令，能够发现静态库文件libmyhello.a和动态库文件libmyhello.so都已经生成，并都在当前目录中。而后，咱们运行gcc命令来使用函数库myhello生成目标文件hello，并运行程序 hello。

# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello

# ./hello

./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory

#

从程序hello运行的结果中很容易知道，当静态库和动态库同名时， gcc命令将优先使用动态库。

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Note:

①编译参数解析

最主要的是GCC命令行的一个选项:
-shared 该选项指定生成动态链接库（让链接器生成T类型的导出符号表，有时候也生成弱链接W类型的导出符号），不用该标志外部程序没法链接。至关于一个可执行文件
-fPIC：表示编译为位置独立的代码，不用此选项的话编译后的代码是位置相关的因此动态载入时是经过代码拷贝的方式来知足不一样进程的须要，而不能达到真正代码段共享的目的。
-L.：表示要链接的库在当前目录中
-ltest：编译器查找动态链接库时有隐含的命名规则，即在给出的名字前面加上lib，后面加上.so来肯定库的名称
LD_LIBRARY_PATH：这个环境变量指示动态链接器能够装载动态库的路径。
 固然若是有root权限的话，能够修改/etc/ld.so.conf文件，而后调用 /sbin/ldconfig来达到一样的目的，不过若是没有root权限，那么只能采用输出LD_LIBRARY_PATH的方法了。

 

调用动态库的时候有几个问题会常常碰到，有时，明明已经将库的头文件所在目录 经过 “-I” include进来了，库所在文件经过 “-L”参数引导，并指定了“-l”的库名，但经过ldd命令察看时，就是死活找不到你指定连接的so文件，这时你要做的就是经过修改 LD_LIBRARY_PATH或者/etc/ld.so.conf文件来指定动态库的目录。一般这样作就能够解决库没法连接的问题了。

 

②静态库连接时搜索路径顺序：

1. ld会去找GCC命令中的参数-L

2. 再找gcc的环境变量LIBRARY_PATH

3. 再找内定目录 /lib /usr/lib /usr/local/lib 这是当初compile gcc时写在程序内的

 

③动态连接时、执行时搜索路径顺序:

1.  编译目标代码时指定的动态库搜索路径；

2.  环境变量LD_LIBRARY_PATH指定的动态库搜索路径；

3.  配置文件/etc/ld.so.conf中指定的动态库搜索路径；

4. 默认的动态库搜索路径/lib；

5. 默认的动态库搜索路径/usr/lib。

  

④有关环境变量：

LIBRARY_PATH环境变量：指定程序静态连接库文件搜索路径

LD_LIBRARY_PATH环境变量：指定程序动态连接库文件搜索路径

 

⑤附注：

做为Linux程序开发员，最好对开发工具和资源的位置有个初步了解。下面简要介绍一下主要的文件夹和应用程序。

1.应用程序(Applications)

应用程序一般都有固定的文件夹，系统通用程序放在/usr/bin，往后系统管理员在本地计算机安装的程序一般放在/usr/local/bin或者/opt文件夹下。除了系统程序外，大部分我的用到的程序都放在/usr/local下，因此保持/usr的整洁十分重要。当升级或者重装系统的时候，只要把/usr/local的程序备份一下就能够了。

一些其余的程序有本身特定的文件夹，好比X Window系统，一般安装在/usr/X11中，或者/usr/X11R6。GNU的编译器GCC，一般放置在/usr/bin或者/usr/local/bin中，不一样的Linux版本可能位置稍有不一样。

 

2.头文件(Head Files)

在C语言和其余语言中，头文件声明了系统函数和库函数，而且定义了一些常量。对于C语言，头文件基本上散落于/usr/include和它的子文件夹下。其余的编程语言的库函数分布在编译器定义的地方，好比在一些Linux版本中，X Window系统库函数分布在/usr/include/X11，GNU C++的库函数分布在/usr/include/g++。这些系统库函数的位置对于编译器来讲都是“标准位置”，即编译器可以自动搜寻这些位置。

若是想引用位于标准位置以外的头文件，咱们须要在调用编译器的时候加上-I标志，来显式的说明头文件所在文件夹。好比，

 

$ gcc -I/usr/openwin/include hello.c

会告诉编译器除了标准位置外，还要去/usr/openwin/include看看有没有所需的头文件。详细状况见编译器的使用手册(man gcc)。

 

3.库函数(Library Files)

库函数就是函数的仓库，它们都通过编译，重用性不错。一般，库函数相互合做，来完成特定的任务。好比操控屏幕的库函数(cursers和ncursers库函数)，数据库读取库函数(dbm库函数)等。

系统调用的标准库函数通常位于/lib以及/usr/lib。C编译器(精确点说，链接器)须要知道库函数的位置。默认状况下，它只搜索标准C库函数。

库函数文件一般开头字母是lib。后面的部分标示库函数的用途(好比C库函数用c标识， 数学库函数用m标示)，小数点后的后缀代表库函数的类型：

.a 指静态连接库.so 指动态连接库

去/usr/lib看一下，你会发现，库函数都有动态和静态两个版本。

与头文件同样，库函数一般放在标准位置，但咱们也能够经过-L标识符，来添加新的搜索文件夹，-l指定特定的库函数文件。