Linux中的静态链接库分析与使用

   在C语言的层面上，对代码的重复利用通常是通过库（library）的方式来实现的。传统意义上的库指的是以后缀.a结尾的文件。严格来讲，函数库应当分为两种：静态链接库和动态链接库,也称动态共享库。静态链接库通常是指以.a为后缀的文件，而动态链接库则常常以.so为后缀名。

   静态链接库其实就是把一个或多个目标文件（即编译生成的.o文件）归档在一个文件中。此后，当需要使用这个静态库中的某个功能时，将这个静态库与要生成的应用程序链接在一起。
    在Linux上平台上最常用的归档工具是GNU的tar，但是要构建静态库却不能使用tar，而要使用另一个工具ar。tar和ar都是归档工具，但是它们的目的是不同的。tar仅仅是用来创建归档文件（即通常以.tar为后缀的文件）的，ar也完成上述工作，但是做了一些额外的处理，它会为被归档的目标文件中的符号建立索引，当和应用程序链接时，建立的这些索引将回收链接过程。
   ar的作用是把多个目标文件打包到一个归档文件中，每一个目标文件都是归档文件的一个成员。被归档文件的各种属性，如文件内容。访问权限。时间戳和拥有者ID等信息也都保存在归档文件中，当从归档文件中抽取出原来的目标文件时，这些属性也都可以恢复出来。除了创建和抽取两种动作外，也可以对归档文件执行追加。修改和删除等操作。ar命令语法用法：

ar [-]p[mod][membername] [count] archive files...
在上述命令行语法中，archive表示的是归档文件的名字，如可以将其指定为libavi.a，archive files 指的是要操作的归档成员，可以有多个。ar命令行上的p指代的是如下字符，它指定了ar执行何种操作。

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。
• 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。
•  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。

   在ar工具的操作模式选项之后，还可以紧跟一些修饰选项,即命令行语法中的mod，这些选项进一步控制着ar的行为。主要的修饰选项有下面这样的一些，注意：它们和操作模式选项之间没有任何空格和其他分隔符。

• 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。
• 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。

   上面的这么多的选项，比较经常用到的就是有三个命令选项:r(插入)、c(创建)和s(建立索引)，而且这三个选项往往是一起使用。现在假设有两个C文件，foo.c bar.c。首先将foo.c和bar.c编译为目标文件foo.o和bar.o，然后将这两个目标文件归档为一个静态链接库。

// bar.c

#include "foobar.h"
char * bar(void)
{
    printf("This is bar! library1 is called\n");
    return ("bar");
}

//foo.c

#include "foobar.h"
char * foo(void)
{
printf("This is foo!library2 is called!\n");
return ("foo");
}

//foobar.h

#ifndef _FOOBAR_H_
#define _FOOBAR_H_
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
extern char *foo(void);
extern char *bar(void);
#endif

 #gcc -c -o foo.o foo.c
 #gcc -c -o bar.o bar.c
 #ar rcs libfoobar.a foo.o bar.o

   这基于PC平台的，如果是对于嵌入式平台的构建静态链接库而言，过程也是完全一样，唯一需要改变的可能是所用的工具名称。比如，如果要是为ARM-Linux构建静态库，那么可能需要使用arm-linux-ar。这里还有一个工具是nm，它可以用来取得目标文件的符号(symbol)信息。这里，nm打印出了libfoobar.a中的两个符号：foo和bar。这两个符号表示的都是函数，因此它们的符号值为0，符号类型为T（text，即表示该符号位于代码段）。最后一列给出的是符号的名称。

#nm libfoobar.a

foo.o:
0000000000000000 T foo
                 U puts

bar.o:
0000000000000000 T bar
                 U puts

   现的静态库是有了，要怎么使用这样的静态库呢。应用程序要使用静态库就必须要与静态库链接起来。这里假设有一个main.c的C文件。应用程序与静态库的链接是在编译期完成的.

#gcc -g -o foobar main.c -L. -lfoobar
zfz@zfz:~/program$ ./foobar
This is foo!library2 is
foo()=foo
This is library1 is called
bar()=bar

   -L.选项告诉链接器到当前目录下去找所要链接的静态库，-lfoobar则明确告诉链接器要与静态库libfoobar.a完成链接。这里要有-L.和后面有一个空格，也可以真把生成的文件Copy到/usr/lib目录下，这是系统默认搜索的目录。
   静态链接库是一种“复制式”的链接过程。何谓“复制式”的链接过程呢，当静态链接库与应用程序链接时，链接器会将静态链接库复制一份到最终得到的可执行代码中去。比如：现在有两个应用程序A和B，两者都要用到libfoobar.a所提供的功能。那么，在编译链接A时，链接器将复制一份libfoobar.a到A最终的可执行代码中去，libfoobar.a中的调试信息也会被复制，同样，在链接B时，链接器也会复制一份libfoobar.a到B最终的可执行代码中去。这就是“复制式”链接的意义。