Linux下的靜態庫、動態庫和動態載入庫

05-24

庫的存在極大的提高了C/C++程序的復用性，但是庫對於初學者來說有些難以駕馭，本文從Linux的角度淺談Linux下的靜態庫、動態庫和動態載入庫。

Linux庫類型

Linux下可以創建兩種類型的庫:

靜態庫(.a): 在鏈接期間被應用程序直接鏈接進可執行文件
動態鏈接庫(.so): 動態庫還分為兩種用法:

a) 應用程序運行期間鏈接動態庫，但是在編譯期間聲明動態庫的存在，也就是說這種動態庫必須在編譯時對編譯器可見，但編譯器卻不將此種庫編譯進可執行文件;
b) 在運行期間，動態載入和卸載的庫，使用動態載入方法載入。這種庫的形式跟動態鏈接沒有本質區別，區別是在調用時，是由用戶程序決定何時鏈接的，而不是由系統鏈接器自動鏈接

命名約定

庫需要以lib作為開頭，而在指定鏈接命令行參數時，卻無需包含開頭和擴展名，例如：

gcc src-file.c -lm -lpthread

這個例子中，鏈接了libmath.a和libpthread.a

靜態庫(.a)

生成靜態庫的方法如下：

編譯object文件。例如：cc -Wall -c ctest1.c ctest2.c，該命令會生成ctest1.o和ctest2.o(其中-Wall表示編譯時輸出警告)。
創建庫文件。例如：ar -cvq libctest.a ctest1.o ctest2.o。該命令會得到一個libctest.a文件
可以通過ar -t查看.a文件中包含哪些.o。所以，實際上ar就是一個打包命令，類似tar
構建符號表。ranlib libctest.a用於為.a創建符號表。有些ar命令實際上已經集成了ranlib的功能

.a文件與windows下的.lib是相同的概念。

動態庫(.so)

生成動態庫的方法如下：

編譯object文件時使用-fPIC選項：

gcc -Wall -fPIC -c *.c

這個選項的目的是讓編譯器生成地址無關(position independent)的代碼，這是因為，動態庫是在運行期間鏈接的，變數和函數的偏移量是事先不知道的，需要鏈接以後根據offset進行地址重定向。

使用-shared鏈接

gcc -shared -Wl,-soname,libctest.so.1 -o libctest.so.1.0 *.o

-shared選項是讓動態庫得以在運行期間被動態鏈接;-Wl,options是設置傳遞給ld(鏈接器)的參數，在上面的例子中，當鏈接器在鏈接.o時會執行ld -soname ibctest.so.1

創建軟鏈

上面的命令將最終輸出一個動態庫libctest.so.1.0，而出於習慣，會創建兩個軟鏈:

mv libctest.so.1.0 /opt/lib

ln -sf /opt/lib/libctest.so.1.0 /opt/lib/libctest.so.1
ln -sf /opt/lib/libctest.so.1.0 /opt/lib/libctest.so

libctest.so用於在編譯期間使用-lctest讓編譯器找到動態庫，而libctest.so.1用於在運行期間鏈接

gcc -Wall -I/path/to/include-files -L/path/to/libraries prog.c -lctest -o prog

查看依賴

使用ldd命令來查看程序對動態庫的依賴。例如：

ldd prog
libctest.so.1 => /opt/lib/libctest.so.1 (0x00002aaaaaaac000)

libc.so.6 => /lib64/tls/libc.so.6 (0x0000003aa4e00000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000003aa4c00000)

obj文件

obj文件的格式和組成可能是系統差異性的一大體現，比如windows下的PE、linux和一些unix下的elf、macos的mach-o、aix下的xcoff。

查看obj文件的符號表信息，可以通過nm objdump readelf等方法。

運行期間查找動態庫

運行期間，系統需要知道到哪裡去查找動態庫，這是通過/etc/ld.so.conf配置的。ldconfig用於配置運行時動態庫查找路徑，實際是更新/etc/ld.so.cache。另外一些環境變數也可以影響查找：(Linux/Solaris: LD_LIBRARY_PATH, SGI: LD_LIBRARYN32_PATH, AIX: LIBPATH, Mac OS X: DYLD_LIBRARY_PATH, HP-UX: SHLIB_PATH)

動態載入和卸載的庫

需要應用程序希望設計成插件化的架構，這就需要可以動態載入和卸載庫的機制。與動態鏈接不同的是，動態載入的意思是，編譯期間可以對動態庫的存在一無所知，而是在運行期間通過用戶程序嘗試載入進來的。

通過dlfcn.h中的dlopen、dlsym和dlclose等函數實現此種功能。

另外，使用到dlfcn機制的可執行文件需要使用-rdynamic選項，它將指示連接器把所有符號（而不僅僅只是程序已使用到的外部符號，但不包括靜態符號，比如被static修飾的函數）都添加到動態符號表（即.dynsym表）里。

GNU Libtool

如今許多軟體的編譯都採用libtool工具，libtool是一個編譯鏈接包裝工具，實際只是一個腳本，用libtool編譯和鏈接會產生類似.la的文件，.la這種文件其實是個文本文件，指向.a文件，並聲明一些版本信息。

來源：pchou

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