JNI编程之Linux下静态库，动态库生成和使用

 

Linux下静态库生成和使用

 

一.静态库概念

1.库是预编译的目标文件(object  files)的集合，它们可以被链接进程序。静态库以后缀为”.a”的特殊的存档（archive file）存储。

2.标准系统库可在目录/usr/lib与/lib中找到。比如，在类Unix系统中C语言的数序库一般存储为文件/usr/lib/libm.a。该库中函数的原型声明在头文件/usr/include/math.h中。

3.C标准库本身存储为/usr/lib/libc.a，它包含ANS1/ISO标准指定的函数，比如printf。对每一个C程序来说，libc.a都默认被链接。

 4.一个事例：

在程序中调用一个数序库libm.a中sin函数。

#include<stdio.h>

#include<math.h>

int  main()

{

         double  x = 2.0;

         double y = sin(x);

         printf(“the result:%f\n”,y);

         return 0;

}

 

如果直接使用gcc tiger.c则会出现错误：

undefined  reference to ‘sin’;

1>函数sin(),未在本程序中定义也不在默认库’libc.a’中，除非被指定，编译器也不会链接’libm.a’。

2>为使编译器能将sin()链接进主程序‘test.c’,需要提供数学库’libm.a’.。

3>使用方法：

gcc  tiger.c /usr/lib/libm.a  -o tiger

则可以编译通过。为了避免在命令行中指定长的路径，编译器为链接函数库提供了快捷的选项’-l’。因此可以使用下面的方法：

gcc  tiger.c -lm –o tiger

注：选项-lNAME使用连接器尝试链接系统库目录中的函数库文件libNAME.a。

二.生成和使用静态库

1.静态库是obj文件的一个集合，通常静态库以”.a”为后缀。静态库由程序ar生成。

2.静态库的优点是可以在不用重新编译程序库代码的情况下，进行程序的重新链接，这种方法节省了编译过程的时间（在编译大型程序的时候，需要花费很长的时间）。静态库的另一个优点是开发者可以提供库文件给使用的人员，不用开放源代码，这是库函数提供者经常采用的手段。

3.通过一个实例来了解如何自己生成静态库和使用静态库

首先生成静态库

1>在test文件夹下有三个文件:main.c ,tiger.c,tiger.h;

 

a. main.c文件中的内容：

#include<stdio.h>

#include”tiger.h”

 

int  main(void)

{

       printf(“sum=%d\n”,add(3,5));

       return 0;      

}

b.tiger.h文件中的内容：

 

#ifndef __TIGER__

#define __TIGER__

 

int  add(int  a,int b);

#endif

c.tiger.c文件中的内容

int  add(int  a,int b)

{

        return a+b;

}

2>创建静态库的最基本步骤是生成目标文件tiger.o

gcc  -o tiger.o  -c  tiger.c

3>然后生成静态库libadd.a：

ar  -rcs libadd.a  tiger.o    

其次使用静态库

1>使用gcc命令带上库文件就OK了

   gcc  -o  main main.c  libadd.a

2> 也可以使用命令”-l库名”进行，库名是不包含库函数库和扩展名的字符串。

   gcc  -o  main  main.c -ladd

上面的命令执行完后，系统返回：

Cannot  find –ladd

说明：上面的命令将在系统默认的路径西安查找add函数库，并把他链接到要生成的目标程序上。系统提示没有找到库文件add,这是由于add库函数没有在系统默认的查找路径下，我们需要认为指定库函数的路径，例如：库文件和当前编译文件在同一目录下：
   gcc  -o main  main.c -L  ./  -ladd

系统就能正常生成可执行文件。

说明：

       在使用-l选项时，-o选项的目的名要在-l链接的库名之前，否则gcc会认为-l是生成的目标而出错。

 

 

 

 

 

Linux下动态库生成和使用

 

一.动态库的基本概念

 

1.动态链接库是程序运行时加载的库，当动态链接库正确安装后，所有的程序都可以使用动态库来运行程序。动态链接库是目标文件的集合，目标文件在动态链接库中的组织方式是按照特殊方式形成的。库中函数和变量的地址是相对地址，不是绝对地址，其真实地址在调用动态库的程序加载时形成。

2.动态链接库的名称有别名（soname）, 真名(realname)和链接名（linker name）。别名由一个前缀lib,然后是库的名字，再加上一个后缀“.so”构成。真名是动态链接库真实名称，一般总是在别名的基础加上一个小版本号，发布版本等构成。除此之外，还有一个链接名，即程序链接时使用的库的名字。

3.在动态链接库安装的时候，总是复制文件到某个目录下，然后用一个软连接生成别名，在库文件进行更新的时候，仅仅更新软链接即可。

二.生成和使用动态库

1.看一个实例来了解如何自己生成静态库和使用静态库

创建程序文件

1>在test文件夹下有三个文件: main.c ,add.c,sub.c,tiger.h

 

2> main.c文件中的内容：

#include<stdio.h>

#include”tiger.h”

 

int  main(void)

{

              printf(“sum =%d\n”,add(5,3));

              printf(“sub= %d\n”,sub(5,3));

 

              return 0;      

}

3>.tiger.h文件中的内容：

#ifndef __TIGER__

#define __TIGER__

 

int add(int  a,int  b);

int sub(int  a,int  b);

#endif

4>.add.c文件中的内容

int  add(int       a, int b)

{

       return a +b;

}

5>.sub.c文件中的内容

int  sub(int        a, int b)

{

       return  a - b;

}

动态库的生成

1>首先生成目标文件，但是此时要加编译器选项-fpic和链接器选项-shared，

gcc -fpic  -c  add.c

gcc -fpic  -c  sub.c

生成中间文件add.o和sub.o

2>其次生成动态库

gcc  -shared –o  libtiger.so  add.o sub.o

生成动态库libtiger.so,libtiger.so就是我们生成的目标动态库。我们以后使用动态库和main.c程序生成可执行程序

说明：

以上两部也可以合成一步搞定:

gcc  -fpic   -shared add.c  sub.c  -o libtiger.so

2.使用动态链接库

在编译程序时，使用动态链接库和静态库是一致的，使用”-l库名”的方式，在生成可执行文件的时候会链接库文件。

1>使用命令：

   gcc -o  main  main.c -L  ./  -ltiger

2>-L指定动态链接库的路劲，-ldtiger链接库函数tiger。-ltiger是动态库的调用规则。Linux系统下的动态库命名方式是lib*.so,而在链接时表示位-l*,*是自己命名的库名。

3>但是程序会提示如下错误

 error while loading shared libraries: libtiger.so: cannot open shared object file: No such file or direct

这是因为程序运行时没有找到动态链接库造成的。程序编译时链接动态库和运行时使用动态链接库的概念是不同的，在运行时，程序链接的动态链接库需要在系统目录下才行。

4>使用以下方法可以解决此问题

a. 在linux下最方便的解决方案是拷贝libtiger.so到绝对目录 /lib 下(但是,要是超级用户才可以，因此要使用sudo哦，亲)。就可以生成可执行程序了

b.第二种方法是：将动态链接库的目录放到程序搜索路径中，可以将库的路径加到环境变量LD_LIBRARY_PATH中实现：

export LD_LIBRARY_PATH=’pwd’:$LD_LIBRARY_PATH

执行此命令后也可以生成可执行程序

 

 

 

第一种是修改系统文件：

　　在/etc/ld.so.conf文件中指定了默认的动态链接库查找路径，我的/etc/ld.so.conf文件内容是这样的include /etc/ld.so.conf.d/*.conf

　　也就是说它间接的指定了定义路径的文件，我们只需要把需要的路径加到/etc/ld.so.conf.d目录下的任何一个文件中，再运行ldconfig就可以了，但为了容易理解，最好是找一个相关的文件，或者重新建立一个文件，把需要添加的路径写入然后运行ldconfig

　　第二种是运用变量LD＿LIBRARY＿PATH：

　　把需要添加的路径加入到LD＿LIBRARY＿PATH中，注意如果多于一个要用冒号隔开。如：export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib/minigui

　　第三种是编译的时候设定：

　　在编译源码的时候可以用参数：-Wl， -rpath指定动态搜索的路径即可。

　　三种方法中我只用过两种，就是第一种和第二种。

 

 

 

众所周知，Linux动态库的默认搜索路径是/lib和/usr/lib。动态库被创建后，一般都复制到这两个目录中。当程序执行时需要某动态库，并且该动态库还未加载到内存中，则系统会自动到这两个默认搜索路径中去查找相应的动态库文件，然后加载该文件到内存中，这样程序就可以使用该动态库中的函数，以及该动态库的其它资源了。在Linux中，动态库的搜索路径除了默认的搜索路径外，还可以通过以下三种方法来指定。

方法一：在配置文件/etc/ld.so.conf中指定动态库搜索路径。

可以通过编辑配置文件/etc/ld.so.conf来指定动态库的搜索路径，该文件中每行为一个动态库搜索路径。每次编辑完该文件后，都必须运行命令ldconfig使修改后的配置生效。我们通过例1来说明该方法。

例1：

我们通过以下命令用源程序pos_conf.c（见程序1）来创建动态库 libpos.so，详细创建过程请参考文[1]。

# gcc -c pos_conf.c
# gcc -shared -fPCI -o libpos.so pos_conf.o
#

#include <stdio.h>
void pos() {
    printf("/root/test/conf/lib\n");
}

程序1: pos_conf.c

接着通过以下命令编译main.c（见程序2）生成目标程序pos。
# gcc -o pos main.c -L. -lpos

void pos();
int main() {
    pos();
    return 0;
}

程序2: main.c

然后把库文件移动到目录/root/test/conf/lib中。
# mkdir -p /root/test/conf/lib
# mv libpos.so /root/test/conf/lib


最后编辑配置文件/etc/ld.so.conf，在该文件中追加一行"/root/test/conf/lib"。

运行程序pos试试。
# ./pos
./pos: error while loading shared libraries: libpos.so: cannot open shared object file: No such file or directory


出错了，系统未找到动态库libpos.so。找找原因，原来在编辑完配置文件/etc/ld.so.conf后，没有运行命令ldconfig，所以刚才的修改还未生效。我们运行ldconfig后再试试。
# ldconfig
# ./pos     /root/test/conf/lib


程序pos运行成功，并且打印出正确结果。


方法二：通过环境变量LD_LIBRARY_PATH指定动态库搜索路径（！）。

通过设定环境变量LD_LIBRARY_PATH也可以指定动态库搜索路径。当通过该环境变量指定多个动态库搜索路径时，路径之间用冒号"："分隔。
    不过LD_LIBRARY_PATH的设定作用是全局的，过多的使用可能会影响到其他应用程序的运行，所以多用在调试。（LD_LIBRARY_PATH的缺陷和使用准则，可以参考《Why LD_LIBRARY_PATH is bad》 ）。通常情况下推荐还是使用gcc的-R或-rpath选项来在编译时就指定库的查找路径，并且该库的路径信息保存在可执行文件中，运行时它会直接到该路 径查找库，避免了使用LD_LIBRARY_PATH环境变量查找。

下面通过例2来说明本方法。

例2：

我们通过以下命令用源程序pos_env.c（见程序3）来创建动态库libpos.so。
# gcc -c pos_env.c
# gcc -shared -fPCI -o libpos.so pos_env.o

#include <stdio.h>
void pos() {
    printf("/root/test/env/lib\n");
}

程序3: pos_env.c

测试用的可执行文件pos可以使用例1中的得到的目标程序pos，不需要再次编译。因为pos_conf.c中的函数pos和pos_env.c中的函数pos 函数原型一致，且动态库名相同，这就好比修改动态库pos后重新创建该库一样。这也是使用动态库的优点之一。

然后把动态库libpos.so移动到目录/root/test/conf/lib中。
# mkdir -p /root/test/env/lib
# mv libpos.so /root/test/env/lib


我们可以使用export来设置该环境变量，在设置该环境变量后所有的命令中，该环境变量都有效。

例如：
# export LD_LIBRARY_PATH=/root/test/env/lib


但本文为了举例方便，使用另一种设置环境变量的方法，既在命令前加环境变量设置，该环境变量只对该命令有效，当该命令执行完成后，该环境变量就无效了。如下述命令：
# LD_LIBRARY_PATH=/root/test/env/lib ./pos  /root/test/env/lib

程序pos运行成功，并且打印的结果是"/root/test/env/lib"，正是程序pos_env.c中的函数pos的运行结果。因此程序pos搜索到的动态库是/root/test/env/lib/libpos.so。


方法三：在编译目标代码时指定该程序的动态库搜索路径。

还可以在编译目标代码时指定程序的动态库搜索路径。这是通过gcc 的参数"-Wl,-rpath,"指定（如例3所示）。当指定多个动态库搜索路径时，路径之间用冒号"："分隔。

例3：

我们通过以下命令用源程序pos.c（见程序4）来创建动态库libpos.so。
# gcc -c pos.c
# gcc -shared -fPCI -o libpos.so pos.o

#include <stdio.h>
void pos() {
    printf("./\n");
}

程序4: pos.c

因为我们需要在编译目标代码时指定可执行文件的动态库搜索路径，所以需要用gcc命令重新编译源程序main.c(见程序2)来生成可执行文件pos。
# gcc -o pos main.c -L. -lpos -Wl,-rpath,./


再运行程序pos试试。
# ./pos   ./

程序pos运行成功，输出的结果正是pos.c中的函数pos的运行结果。因此程序pos搜索到的动态库是./libpos.so。



以上介绍了三种指定动态库搜索路径的方法，加上默认的动态库搜索路径/lib和/usr/lib，共五种动态库的搜索路径，那么它们搜索的先后顺序是什么呢？

在 介绍上述三种方法时，分别创建了动态库./libpos.so、 /root/test/env/lib/libpos.so和/root/test/conf/lib/libpos.so。我们再用源程序 pos_lib.c（见程序5）来创建动态库/lib/libpos.so，用源程序pos_usrlib.c（见程序6）来创建动态库 /usr/lib/libpos.so。

#include <stdio.h>
void pos() {
    printf("/lib\n");
}

程序5: pos_lib.c

#include <stdio.h>
void pos() {
    printf("/usr/lib\n");
}

程序6: pos_usrlib.c

这样我们得到五个动态库libpos.so，这些动态库的名字相同，且都包含相同函数原型的公用函数pos。但存储的位置不同和公用函数pos打印的结果不同。每个动态库中的公用函数pos都输出该动态库所存放的位置。这样我们可以通过执行例3中的可执行文件pos得到的结果不同获知其搜索到了 哪个动态库，从而获得第1个动态库搜索顺序，然后删除该动态库，再执行程序pos，获得第2个动态库搜索路径，再删除第2个被搜索到的动态库，如此往复， 将可得到Linux搜索动态库的先后顺序。程序pos执行的输出结果和搜索到的动态库的对应关系如表1所示： 程序pos输出结果 使用的动态库 对应的动态库搜索路径指定方式
./ ./libpos.so 编译目标代码时指定的动态库搜索路径
/root/test/env/lib /root/test/env/lib/libpos.so 环境变量LD_LIBRARY_PATH指定的动态库搜索路径
/root/test/conf/lib /root/test/conf/lib/libpos.so 配置文件/etc/ld.so.conf中指定的动态库搜索路径
/lib /lib/libpos.so 默认的动态库搜索路径/lib
/usr/lib /usr/lib/libpos.so 默认的动态库搜索路径/usr/lib

表1: 程序pos输出结果和动态库的对应关系

创建各个动态库，并放置在相应的目录中。测试环境就准备好了。执行程序pos，并在该命令行中设置环境变量LD_LIBRARY_PATH。

# LD_LIBRARY_PATH=/root/test/env/lib ./pos  ./


根据程序pos的输出结果可知，最先搜索的是编译目标代码时指定的动态库搜索路径。然后我们把动态库./libpos.so删除了，再运行上述命令试试。

# rm libpos.so
rm: remove regular file `libpos.so'? y
# LD_LIBRARY_PATH=/root/test/env/lib ./pos /root/test/env/lib


根据程序pos的输出结果可知，第2个动态库搜索的路径是环境变量LD_LIBRARY_PATH指定的。我们再把/root/test/env/lib/libpos.so删除，运行上述命令。

# rm /root/test/env/lib/libpos.so
rm: remove regular file `/root/test/env/lib/libpos.so'? y
# LD_LIBRARY_PATH=/root/test/env/lib ./pos  /root/test/conf/lib


第3个动态库的搜索路径是配置文件/etc/ld.so.conf指定的路径。删除动态库/root/test/conf/lib/libpos.so后再运行上述命令。

# rm /root/test/conf/lib/libpos.so
rm: remove regular file `/root/test/conf/lib/libpos.so'? y
# LD_LIBRARY_PATH=/root/test/env/lib ./pos  /lib


第4个动态库的搜索路径是默认搜索路径/lib。我们再删除动态库/lib/libpos.so，运行上述命令。

# rm /lib/libpos.so
rm: remove regular file `/lib/libpos.so'? y
# LD_LIBRARY_PATH=/root/test/env/lib ./pos  /usr/lib


最后的动态库搜索路径是默认搜索路径/usr/lib。

综合以上结果可知，动态库的搜索路径搜索的先后顺序是：

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。

在上述1、2、3指定动态库搜索路径时，都可指定多个动态库搜索路径，其搜索的先后顺序是按指定路径的先后顺序搜索的。对此本文不再举例说明，有兴趣的读者可以参照本文的方法验证。