Linux平台静态接库与动态链接库的创建和使用

一、首先了解一下什么是“裤X”？

        库的本质是一个或者一堆可执行的二进制文件集，可以被载入内存中执行。使用“ar”命令可以列出该库中包含的各“模块”，由此我们可以看出C的模块化编程思想，在库中有体现。

使用 ar -t可以看到：

libutil.a 这个静态链接库里包含有6个.o文件。

二、库的种类有哪些？

        库还分有静态链接库和动态链接库。

        静态库的名字一般是libxxx.a；比如上面的libutil.a这个库就是一个静态链接库。利用静态函数库编译成的文件比较大，因为整个库的所有数据都会被整合进目标代码中，他的优点是显而易见的，即编译后的执行程序不需要外部的函数库支持，因为所有使用的函数都已经被编译进去了。当然，这么做程序的执行效率是搞上去了，但也因些“牺牲”很大的空间了，不过如果是一些重复调用率很高的，比如一个小模块要重复调用13亿次（什么小问题乘以13亿都是大问题，谁说的？我刚说完。。），那么它的调用时间开销就相当可大了，所以这种情况下把它整合到最終目标文件会比较好一点。使用静态链接库除了会使目标文件变胖以外还有一个缺点：如果静态函数库改变了（比如升级了），那么你的程序必须重新编译了。

        Linux中的.so文件类似于Windows中的DLL，是动态链接库，也有人译作共享库（因so的全称为Shared Object）。当多个程序使用同一个动态链接库时，既能节约可执行文件的大小，也能减少运行时的内存占用。动态库的名字一般是libxxx.so;相对于静态函数库，动态函数库在编译的时候并没有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，因此动态函数库所产生的可执行文件比较小。由于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，所以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，所以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。

三、库的命名规则

     在linux下，库文件一般放在/usr/lib /lib下，

静态库的名字一般为libxxxx.a，其中xxxx是该lib的名称

动态库的名字一般为libxxxx.so.major.minor，xxxx是该lib的名称，major是主版本号， minor是副版本号;

动态库的版本总是个问题，如果编译时链接的库和执行时提供的不一样，难免会导致程序的执行发生诡异的错误。为解决此问题，Linux系列的做法是这样的：

首先，每个so文件有一个文件名，如libABC.so.x.y.z，这里ABC是库名称，x.y.z是文件的版本号，一般来说：

第一位x表示了兼容性，x不一样的so文件是不能兼容的。

第二位y的变化表示可能引入了新的特性（Feature），但总的来讲还是兼容的。

第三位z的变化一般表示仅是修正了Bug。

并非所有.so文件都遵循此规则，但其应用确实很普遍。

在系统中，会存在一些符号链接， 如：

libpam.so -> libpam.so.0.83.0

libpam.so.0 -> libpam.so.0.83.0

其中第一个主要在使用该库开发其它程序时使用，比如gcc想连接PAM库，直接连libpam.so就行了，不必在链接时给出它的具体版本。第二个则主要用在运行时，因为前面说了第一位版本一样的库是互相兼容的，所以程序运行时只要试图连接libpam.so.0就够了，不必在意其具体的版本。ldconfig可以自动生成这些链接。

那么编译程序时gcc在链接一个so文件（如libpam.so）时，如何知道该程序运行时链接哪个文件呢（上例中是libpam.so.0）？原来产生so文件时，可以指定一个soname，一般形如libABC.so.x。人们编译可执行文件时，如果链接了某个so，存在可执行文件里的.so文件名并不是其全名，而是这个soname。比如上例中，这个soname就是libpam.so.0。回头看一下上节ldd的结果，可以印证这一现象。

有时还会看到形如libABCn.so，即版本号出现在.so前面的库文件，如libXaw6.so。此类文件一般是为开发者着想，比如GTK+ 3已经推出，但很多开发者还是想用GTK+ 2开发软件。由于编译时只连接无版本号的.so文件，就只有把版本号放在.so前面了。

四、如何创建静态库？

        静态库的后缀是.a，它的产生分两步

Step 1：由源文件编译生成一堆.o，每个.o里都包含这个编译单元的符号表

Step 2：使用ar命令将一个或多个.o转换成.a。如 ： ar –crS libstr.a Strlen.o Strnlen.o

五、如何创建动态库

        动态库的后缀是.so。创建方式如： gcc -fpic -shared -o libstr.so Strlen.o Strnlen.o

-fpic 使输出的对象模块是按照可重定位地址方式生成的。

-shared指定把对应的源文件生成对应的动态链接库文件libstr.so文件。

六、动态库存放位置

        Linux中绝大多数.so文件都存放在/lib、/usr/lib/，对于64位和32位共存的系统，32位的动态库可能会放在/lib32、/usr/lib32，完整的动态库存放路径列表可通过/etc/ld.so.conf文件配置。（如果修改了配置，需要用 /sbin/ldconfig 命令更新缓存）

应注意动态库搜寻路径并不包括当前文件夹，所以当即使可执行文件和其所需的so文件在同一文件夹，也会出现找不到so的问题。此时可用LD_LIBRARY_PATH环境变量做临时设置，如：

LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH ./chrome

也有些so文件是在程序执行时临时加载的（如插件），它们的路径就比较灵活，只要可执行文件能找到它就行了。

七、一个可执行文件链接了哪些动态库呢？

        在遇到“error while loading shared libraries”时，我们难免会对此产生好奇。

查看该信息的方法是通过ldd，如

$ ldd chrome

   linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff52dff000)

   libX11.so.6 => /usr/lib/libX11.so.6 (0x00007f0caebe4000)

   libdl.so.2 => /lib/libdl.so.2 (0x00007f0cae9e0000)

   libXrender.so.1 => /usr/lib/libXrender.so.1 (0x00007f0cae7d6000)

   libXss.so.1 => /usr/lib/libXss.so.1 (0x00007f0cae5d3000)

   libXext.so.6 => /usr/lib/libXext.so.6 (0x00007f0cae3c1000)

   librt.so.1 => /lib/librt.so.1 (0x00007f0cae1b9000)

   ....（略）

要想看系统还没找到的动态库，可以借用grep：

$ldd chrome | grep 'not found'

  libnss3.so.1d => not found

   libnssutil3.so.1d => not found

   libsmime3.so.1d => not found

   libplc4.so.0d => not found

   libnspr4.so.0d => not found

八、如何使用库？

      相信大家刚开始使用数学库函数，比如:abs(), sqrt().....这些函数的时候忘了加 -lm ，結果老报错或者警告，其实是编译器不知道你那函数在哪，所以在编译的时候要指定数学库在哪， -l 参数告诉链接器到默认标准库路径下去找 相应的库。如果是自己写的库，那么需要指出完整的路径，这时候还需要-L 参数 ，后加相对路径或者绝对路径。比如，在当前目录lib里是你存放的自己写的库，那么就用 “-L ./lib”。这样就可以重复使用库里的函数了，这就是代码重用的方法。

下面是ar 和 nm命令的使用方法：

ar------------------------------------------------------------------------------------------

ar命令的命令行格式如下:

    ar [-]{dmpqrtx}[abcfilNoPsSuvV] [membername] [count] archive files...

参数archive定义库的名称, files是你向库文件要添加的目标文件的清单, 用空格分隔每个文件.

选项参数：

－a：在库的一个已经存在的成员后面增加一个新的文件。如果使用任选项a，则应该为命令行中membername参数指定一个已经存在的成员名。 

－b：在库的一个已经存在的成员前面增加一个新的文件。如果使用任选项b，则应该为命令行中membername参数指定一个已经存在的成员名。 

－c：创建一个库。不管库是否存在，都将创建。 

－m：该操作是在一个库中移动成员。当库中如果有若干模块有相同的符号定义(如函数定义)，则成员的位置顺序很重要。如果没有指定任选项，任何指定的成员将移到库的最后。也可以使用'a'，'b'，或'i'任选项移动到指定的位置。 

－f：在库中截短指定的名字。缺省情况下，文件名的长度是不受限制的，可以使用此参数将文件名截短，以保证与其它系统的兼容。 

－i：在库的一个已经存在的成员前面增加一个新的文件。如果使用任选项i，则应该为命令行中membername参数指定一个已经存在的成员名(类似任选项b)。 

－l：暂未使用 

－n：与count参数一起使用，在库中有多个相同的文件名时指定提取或输出的个数。 

－o：当提取成员时，保留成员的原始数据。如果不指定该任选项，则提取出的模块的时间将标为提取出的时间。 

－p：进行文件名匹配时使用全路径名。ar在创建库时不能使用全路径名（这样的库文件不符合posix标准），但是有些工具可以。 

－s：写入一个目标文件索引到库中，或者更新一个存在的目标文件索引。甚至对于没有任何变化的库也作该动作。对一个库做ar s等同于对该库做ranlib。 

－S：不创建目标文件索引，这在创建较大的库时能加快时间。 

－u：一般说来，命令ar r...插入所有列出的文件到库中，如果你只想插入列出文件中那些比库中同名文件新的文件，就可以使用该任选项。该任选项只用于r操作选项。 

－v：该选项用来显示执行操作选项的附加信息。 

－V：显示ar的版本。

指令参数 

－d：从库中删除模块。按模块原来的文件名指定要删除的模块。如果使用了任选项v则列出被删除的每个模块。 

－p：显示库中指定的成员到标准输出。如果指定任选项v，则在输出成员的内容前，将显示成员的名字。如果没有指定成员的名字，所有库中的文件将显示出来。 

－q：快速追加。增加新模块到库的结尾处。并不检查是否需要替换。'a'，'b'，或'i'任选项对此操作没有影响，模块总是追加的库的结尾处。如果使用了任选项v则列出每个模块。 这时，库的符号表没有更新，可以用'ar s'或ranlib来更新库的符号表索引。 

－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。如果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，并不替换其他同名模块。默认的情况下，新的成员增加在库的结尾处，可以使用其他任选项来改变增加的位置。 

－t：显示库的模块表清单。一般只显示模块名。 

－x：从库中提取一个成员。如果不指定要提取的模块，则提取库中所有的模块。

nm--------------------------------------------------------------------------------------------

nm基本用法

　　　nm用来列出目标文件的符号清单。下面是nm命令的格式：

　　nm[-a|--debug-syms][-g|--extern-only][-B]

　　[-C|--demangle][-D|--dynamic][-s|--print-armap]

　　[-o|--print-file-name][-n|--numeric-sort]

　　[-p|--no-sort][-r|--reverse-sort][--size-sort]

　　[-u|--undefined-only][-l|--line-numbers][--help]

　　[--version][-tradix|--radix=radix]

　　[-P|--portability][-fformat|--format=format]

　　[--target=bfdname][objfile...]

　　如果没有为nm命令指出目标文件，则nm假定目标文件是a.out。下面列出该命令的任选项，大部分支持“-”开头的短格式和“-“开头的长格式。

　　-A、-o或--print-file-name：在找到的各个符号的名字前加上文件名，而不是在此文件的所有符号前只出现文件名一次。

　　-a或--debug-syms：显示调试符号。

　　-B：等同于--format=bsd，用来兼容MIPS的nm。

　　-C或--demangle：将低级符号名解码(demangle)成用户级名字。这样可以使得C++函数名具有可读性。

　　-D或--dynamic：显示动态符号。该任选项仅对于动态目标(例如特定类型的共享库)有意义。

　　-fformat：使用format格式输出。format可以选取bsd、sysv或posix，该选项在GNU的nm中有用。默认为bsd。

　　-g或--extern-only：仅显示外部符号。

　　-n、-v或--numeric-sort：按符号对应地址的顺序排序，而非按符号名的字符顺序。

　　-p或--no-sort：按目标文件中遇到的符号顺序显示，不排序。

　　-P或--portability：使用POSIX.2标准输出格式代替默认的输出格式。等同于使用任选项-fposix。

　　-s或--print-armap：当列出库中成员的符号时，包含索引。索引的内容包含：哪些模块包含哪些名字的映射。

　　-r或--reverse-sort：反转排序的顺序(例如，升序变为降序)。

　　--size-sort：按大小排列符号顺序。该大小是按照一个符号的值与它下一个符号的值进行计算的。

　　-tradix或--radix=radix：使用radix进制显示符号值。radix只能为“d”表示十进制、“o”表示八进制或“x”表示十六进制。

　　--target=bfdname：指定一个目标代码的格式，而非使用系统的默认格式。

　　-u或--undefined-only：仅显示没有定义的符号(那些外部符号)。

　　-l或--line-numbers：对每个符号，使用调试信息来试图找到文件名和行号。对于已定义的符号，查找符号地址的行号。对于未定义符号，查找指向符号重定位入口的行号。如果可以找到行号信息，显示在符号信息之后。

　　-V或--version：显示nm的版本号。

　　--help：显示nm的任选项。