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在Linux中创建静态库.a和动态库.so

我们通常把一些公用函数制作成函数库，供其它程序使用。

函数库分为静态库和动态库两种。


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

静态库在程序编译时会被连接到目标代码中，程序运行时将不再需要该静态库。

动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中，而是在程序运行是才被载入，因此在程序运行时还需要动态库存在。

本文主要通过举例来说明在Linux中如何创建静态库和动态库，以及使用它们。

在创建函数库前，我们先来准备举例用的源程序，并将函数库的源程序编译成.o文件。

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 <stdio.h>
 
 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。“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，这是因为现在还无法知道使用该消息代码的应用程序会将它连接到哪一段内存地址空间。这样编译出的hello.o可以被用于建立共享链接库。建立共享链接库只需要用GCC的”-shared”标记即可。

# 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。

（使用”-lmyhello”标记来告诉GCC驱动程序在连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。否则GNU连接器会查找标准系统函数目录:它先后搜索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,但是我们生成的共享库在当前文件夹下，并没有加到上述的4个路径的任何一个中，因此，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需要的。

另外：既然连接器会搜寻LD_LIBRARY_PATH所指定的目录，那么我们可以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创建或拷贝了一个动态链接库,若想使其被系统共享,可以执行一下"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链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目录下的动态链接库.该命令会重建/etc/ld.so.cache文件

成功！

可以查看程序执行时调用动态库的过程：

# ldd hello
执行 test,可以看到它是如何调用动态库中的函数的。
[pin@localhost 20090505]$ ldd hello
        linux-gate.so.1 => (0x00110000)
        libmyhello.so => /usr/lib/libmyhello.so (0x00111000)
        libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x00859000)
        /lib/ld-linux.so.2 (0x0083a000)



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。



Note:



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连接库（让连接器生成T类型的导出符号表，有时候也生成弱连接W类型的导出符号），不用该标志外部程序无法连接。相当于一个可执行文件
-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所以动态载入时是通过代码拷贝的方式来满足不同进程的需要，而不能达到真正代码段共享的目的。
-L.：表示要连接的库在当前目录中
-ltest：编译器查找动态连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来确定库的名称
LD_LIBRARY_PATH：这个环境变量指示动态连接器可以装载动态库的路径。
当然如果有root权限的话，可以修改/etc/ld.so.conf文件，然后调用 /sbin/ldconfig来达到同样的目的，不过如果没有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经常碰到，有时，明明已经将库的头文件所在目录 通过 “-I” include进来了，库所在文件通过 “-L”参数引导，并指定了“-l”的库名，但通过ldd命令察看时，就是死活找不到你指定链接的so文件，这时你要作的就是通过修改 LD_LIBRARY_PATH或者/etc/ld.so.conf文件来指定动态库的目录。通常这样做就可以解决库无法链接的问题了。



静态库链接时搜索路径顺序：

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







动态链接时、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。







有关环境变量：

LIBRARY_PATH环境变量：指定程序静态链接库文件搜索路径

LD_LIBRARY_PATH环境变量：指定程序动态链接库文件搜索路径







附注：



作为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)



应用程序通常都有固定的文件夹，系统通用程序放在/usr/bin，日后系统管理员在本地计算机安装的程序通常放在/usr/local/bin或者/opt文件夹下。除了系统程序外，大部分个人用到的程序都放在/usr/local下，所以保持/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的程序备份一下就可以了。



一些其他的程序有自己特定的文件夹，比如X Window系统，通常安装在/usr/X11中，或者/usr/X11R6。GNU的编译器GCC，通常放置在/usr/bin或者/usr/local/bin中，不同的Linux版本可能位置稍有不同。



2.头文件(Head Files)



在C语言和其他语言中，头文件声明了系统函数和库函数，并且定义了一些常量。对于C语言，头文件基本上散落于/usr/include和它的子文件夹下。其他的编程语言的库函数分布在编译器定义的地方，比如在一些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说都是“标准位置”，即编译器能够自动搜寻这些位置。



如果想引用位于标准位置之外的头文件，我们需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。比如，



$ 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。详细情况见编译器的使用手册(man gcc)。



库函数(Library Files)



库函数就是函数的仓库，它们都经过编译，重用性不错。通常，库函数相互合作，来完成特定的任务。比如操控屏幕的库函数(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一般位于/lib以及/usr/lib。C编译器(精确点说，连接器)需要知道库函数的位置。默认情况下，它只搜索标准C库函数。



库函数文件通常开头字母是lib。后面的部分标示库函数的用途(比如C库函数用c标识， 数学库函数用m标示)，小数点后的后缀表明库函数的类型：

.a 指静态链接库.so 指动态链接库

去/usr/lib看一下，你会发现，库函数都有动态和静态两个版本。



与头文件一样，库函数通常放在标准位置，但我们也可以通过-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。比如



$ gcc -o x11fred -L/usr/openwin/lib x11fred.c -lX11



上述命令就会在编译期间，链接位于/usr/openwin/lib文件夹下的libX11函数库，编译生成x11fred。



静态链接库(Static Libraries)



最简单的函数库就是一些函数的简单集合。调用库函数中的函数时，需要在调用函数中include定义库函数的头文件。我们用-l选项添加标准函数库之外的函数库。