linux下的静态库和动态库

linux下的静态库和动态库
 

最近在做linux下应用程序的移植，用到了静态库和动态库概念，从网上搜集了一些资料，并做了简单整理，转帖如下：

一、       简单介绍

inux中有两类函数库，分别是静态库和动态库。

1.静态函数库：

这类库的名字一般是libxxx.a；利用静态函数库编译成的文件比较大，因为整个函数库的所有数据都会被整合进目标代码中，他的优点就显而易见了，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。当然这也会成为他的缺点，因为如果静态函数库改变了，那么你的程序必须重新编译。

2.动态函数库：

这类库的名字一般是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。

二、       初步了解静态库的创建和使用

下面来介绍linux静态函数库的创建和使用：

 例程str_out.h str_out.c main.c:

str_out.h

#ifndef STR_OUT_H
#define STR_OUT_H
void str_out(const char* str);
#endif

str_out.c

#include
#include "str_out.h"
void str_out(const char* str){
printf("%s\n",str);
}

main.c

int main()
{
str_out("hello world");
return 0;
}
 

 

不管是静态函数库还是动态函数库，都是由*.o目标文件生成。

所以先gcc -c str_out.c

静态函数库由ar命令创建

本例：ar -cr libstr_out.a str_out.o

-c create的意思

-r replace的意思，表示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。

到此静态函数库创建完毕。

使用方法：通过gcc -o out main.c -L. -lstr_out编译main.c就会把静态函数库整合进out。

其中

-L指定静态函数库的位置供查找，注意L后面还有'.'，表示静态函数库在本目录下查找。

-l则指定了静态函数库名，由于静态函数库的命名方式是lib***.a，其中的lib和.a忽略。

根据静态函数库的特性，此处删除libstr_out.a后out依然可以运行，因为静态库的内容已经整合进去了。

 

三、       初步了解动态函数库的创建和使用

gcc -shared -fPCI -o out main.c -L. -lstr_out

用该命令生成libstr_out.so 动态函数库。

 gcc -o out main.c

此时还不能立即./out，因为在动态函数库使用时，会查找/usr/lib /lib目录下的动态函数库，而此时我们生成的库不在里边。

这个时候有好几种方法可以让他成功运行： 

最直接最简单的方法就是把libstr_out.so拉到/usr/lib 或/lib中去。

还有一种方法 export LD_LIBRARY_PATH=$(pwd) 

另外还可以在/etc/ld.so.conf文件里加入我们生成的库的目录，然后/sbin/ldconfig。

/etc/ld.so.conf是非常重要的一个目录，里面存放的是链接器和加载器搜索共享库时要检查的目录，默认是从/usr/lib /lib中读取的，所以想要顺利运行，我们也可以把我们库的目录加入到这个文件中并执行/sbin/ldconfig

另外还有个文件需要了解/etc/ld.so.cache,里面保存了常用的动态函数库，且会先把他们加载到内存中，因为内存的访问速度远远大于硬盘的访问速度，这样可以提高软件加载动态函数库的速度了。

四、例程详解静态库和动态库的创建和使用

第1步：编辑得到举例的程序--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。
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

void hello(const char *name)
{
  printf("Hello %s!\n", name);
}
  程序3: main.c
#include "hello.h"

int main()
{
  hello("everyone");
  return 0;
}
第2步：将hello.c编译成.o文件；
无论静态库，还是动态库，都是由.o文件创建的。因此，我们必须将源程序hello.c通过gcc先编译成.o文件。
在系统提示符下键入以下命令得到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，若希望详细了解它们，请参考其他文档。)
(注2：首字符"#"是系统提示符，不需要键入，下文相同。)
我们运行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，我们看到了hello.o文件，本步操作完成。
下面我们先来看看如何创建静态库，以及使用它。
第3步：由.o文件创建静态库；
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：我们将创建的静态库名为myhello，则静态库文件名就是libmyhello.a。在创建和使用静态库时，需要注意这点。创建静态库用ar命令。
在系统提示符下键入以下命令将创建静态库文件libmyhello.a。
# ar cr libmyhello.a hello.o
#
我们同样运行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。
第4步：在程序中使用静态库；
静态库制作完了，如何使用它内部的函数呢？只需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，然后在用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连接到目标文件中。注意，gcc会在静态库名前加上前缀lib，然后追加扩展名.a得到的静态库文件名来查找静态库文件。
在程序3:main.c中，我们包含了静态库的头文件hello.h，然后在主程序main中直接调用公用函数hello。下面先生成目标程序hello，然后运行hello程序看看结果如何。
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
# ./hello
Hello everyone!
#
我们删除静态库文件试试公用函数hello是否真的连接到目标文件 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连接到目标文件中了。
我们继续看看如何在Linux中创建动态库。我们还是从.o文件开始。
第5步：由.o文件创建动态库文件；
动态库文件名命名规范和静态库文件名命名规范类似，也是在动态库名增加前缀lib，但其文件扩展名为.so。例如：我们将创建的动态库名为myhello，则动态库文件名就是libmyhello.so。用gcc来创建动态库。
在系统提示符下键入以下命令得到动态库文件libmyhello.so。
# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o
#
我们照样使用ls命令看看动态库文件是否生成。
# ls
hello.c hello.h hello.o libmyhello.so main.c
#
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完全一样，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，然后在用gcc命令生成目标文件时指明动态库名进行编译。我们先运行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等目录中查找需要的动态库文件。若找到，则载入动态库，否则将提示类似上述错误而终止程序运行。我们将文件libmyhello.so复制到目录/usr/lib中，再试试。
# mv libmyhello.so /usr/lib
# ./hello
./hello: error while loading shared libraries: /usr/lib/libhello.so: cannot restore segment prot after reloc: Permission denied
由于SELinux引起，
# chcon -t texrel_shlib_t /usr/lib/libhello.so
# ./hello
Hello everyone!
#
成功了。这也进一步说明了动态库在程序运行时是需要的。
我们回过头看看，发现使用静态库和使用动态库编译成目标程序使用的gcc命令完全一样，那当静态库和动态库同名时，gcc命令会使用哪个库文件呢？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 所有文件，恢复成我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
#
在来创建静态库文件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
#
通过上述最后一条ls命令，可以发现静态库文件libmyhello.a和动态库文件libmyhello.so都已经生成，并都在当前目录中。然后，我们运行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。

五、其他问题

1.什么是库
在windows平台和linux平台下都大量存在着库。
本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式，可以被操作系统载入内存执行。
由于windows和linux的本质不同，因此二者库的二进制是不兼容的。
本文仅限于介绍linux下的库。
2.库的种类
linux下的库有两种：静态库和共享库（动态库）。
二者的不同点在于代码被载入的时刻不同。
静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序，因此体积较大。
共享库的代码是在可执行程序运行时才载入内存的，在编译过程中仅简单的引用，因此代码体积较小。
3.库存在的意义
库是别人写好的现有的，成熟的，可以复用的代码，你可以使用但要记得遵守许可协议。
现实中每个程序都要依赖很多基础的底层库，不可能每个人的代码都从零开始，因此库的存在意义非同寻常。
共享库的好处是，不同的应用程序如果调用相同的库，那么在内存里只需要有一份该共享库的实例。
4.库文件是如何产生的在linux下
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.ar命令将很多.o转换成.a，成文静态库
动态库的后缀是.so，它由gcc加特定参数编译产生。
例如:
$ gcc -fPIC -c *.c $ gcc -shared -Wl,-soname, libfoo.so.1 -o libfoo.so.1.0 *.
5.库文件是如何命名的，有没有什么规范
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
6.如何知道一个可执行程序依赖哪些库
ldd命令可以查看一个可执行程序依赖的共享库，
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命令依赖于libc库和ld-linux库
7.可执行程序在执行的时候如何定位共享库文件
当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道绝对路径
此时就需要系统动态载入器(dynamic linker/loader)
对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so*来完成的，它先后搜索elf文件的 DT_RPATH段—环境变量LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache文件列表—/lib/,/usr/lib目录找到库文件后将其载入内存
8.在新安装一个库之后如何让系统能够找到他
如果安装在/lib或者/usr/lib下，那么ld默认能够找到，无需其他操作。
如果安装在其他目录，需要将其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步骤如下
1.编辑/etc/ld.so.conf文件，加入库文件所在目录的路径
2.运行ldconfig，该命令会重建/etc/ld.so.cache文件

 

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