静态库与动态库及交叉编译总结及学习较底层编程:动手写一个C语言编译器

C++静态库与动态库

这次分享的宗旨是——让大家学会创建与使用静态库、动态库,知道静态库与动态库的区别,知道使用的时候如何选择。这里不深入介绍静态库、动态库的底层格式,内存布局等,有兴趣的同学,推荐一本书《程序员的自我修养——链接、装载与库》。

 

什么是库

库是写好的现有的,成熟的,可以复用的代码。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。

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。库有两种:静态库(.a、.lib)和动态库(.so、.dll)。

所谓静态、动态是指链接。回顾一下,将一个程序编译成可执行程序的步骤:

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静态库

之所以成为【静态库】,是因为在链接阶段,会将汇编生成的目标文件.o与引用到的库一起链接打包到可执行文件中。因此对应的链接方式称为静态链接。

试想一下,静态库与汇编生成的目标文件一起链接为可执行文件,那么静态库必定跟.o文件格式相似。其实一个静态库可以简单看成是一组目标文件(.o/.obj文件)的集合,即很多目标文件经过压缩打包后形成的一个文件。静态库特点总结:

  •  静态库对函数库的链接是放在编译时期完成的。
  •  程序在运行时与函数库再无瓜葛,移植方便。
  •  浪费空间和资源,因为所有相关的目标文件与牵涉到的函数库被链接合成一个可执行文件。

下面编写一些简单的四则运算C++类,将其编译成静态库给他人用,头文件如下所示:

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#pragma once
class StaticMath
{
public :
     StaticMath( void );
     ~StaticMath( void );
 
     static double add( double a, double b); //加法
     static double sub( double a, double b); //减法
     static double mul( double a, double b); //乘法
     static double div ( double a, double b); //除法
 
     void print();
};

inux下使用ar工具、Windows下vs使用lib.exe,将目标文件压缩到一起,并且对其进行编号和索引,以便于查找和检索。一般创建静态库的步骤如图所示:

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Linux下创建与使用静态库

Linux静态库命名规则
Linux静态库命名规范,必须是”lib[your_library_name].a”:lib为前缀,中间是静态库名,扩展名为.a。

创建静态库(.a)
通过上面的流程可以知道,Linux创建静态库过程如下:

  • 首先,将代码文件编译成目标文件.o(StaticMath.o)
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g++ -c StaticMath.cpp

注意带参数-c,否则直接编译为可执行文件

  •  然后,通过ar工具将目标文件打包成.a静态库文件
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ar -crv libstaticmath.a StaticMath.o

生成静态库libstaticmath.a

大一点的项目会编写makefile文件(CMake等等工程管理工具)来生成静态库,输入多个命令太麻烦了。

使用静态库

编写使用上面创建的静态库的测试代码:

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#include "StaticMath.h"
#include
using namespace std;
 
int main( int argc, char * argv[])
{
     double a = 10;
     double b = 2;
 
     cout << "a + b = " << StaticMath::add(a, b) << endl;
     cout << "a - b = " << StaticMath::sub(a, b) << endl;
     cout << "a * b = " << StaticMath::mul(a, b) << endl;
     cout << "a / b = " << StaticMath:: div (a, b) << endl;
 
     StaticMath sm;
     sm.print();
 
     system ( "pause" );
     return 0;
}

Linux下使用静态库,只需要在编译的时候,指定静态库的搜索路径(-L选项)、指定静态库名(不需要lib前缀和.a后缀,-l选项)。

# g++ TestStaticLibrary.cpp -L../StaticLibrary -lstaticmath

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  • -L:表示要连接的库所在目录
  • -l:指定链接时需要的动态库,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.a或.so来确定库的名称。

 

Windows下创建与使用静态库

创建静态库(.lib

如果是使用VS命令行生成静态库,也是分两个步骤来生成程序:

  • 首先,通过使用带编译器选项 /c 的 Cl.exe 编译代码 (cl /c StaticMath.cpp),创建名为“StaticMath.obj”的目标文件。
  • 然后,使用库管理器 Lib.exe 链接代码 (lib StaticMath.obj),创建静态库StaticMath.lib。

当然,我们一般不这么用,使用VS工程设置更方便。创建win32控制台程序时,勾选静态库类型;打开工程“属性面板”→”配置属性”→”常规”,配置类型选择静态库。

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Build项目即可生成静态库。

使用静态库

测试代码Linux下面的一样。有3种使用方法:

方法一:

在VS中使用静态库方法:

  • 工程“属性面板”→“通用属性”→“框架和引用”→”添加引用”,将显示“添加引用”对话框。 “项目”选项卡列出了当前解决方案中的各个项目以及可以引用的所有库。 在“项目”选项卡中,选择 StaticLibrary。 单击“确定”。

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  • 添加StaticMath.h 头文件目录,必须修改包含目录路径。打开工程“属性面板”→”配置属性”→“C/C++”→” 常规”,在“附加包含目录”属性值中,键入StaticMath.h 头文件所在目录的路径或浏览至该目录。

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编译运行OK。

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如果引用的静态库不是在同一解决方案下的子工程,而是使用第三方提供的静态库lib和头文件,上面的方法设置不了。还有2中方法设置都可行。

方法二:

打开工程“属性面板”→”配置属性”→ “链接器”→ ”命令行”,输入静态库的完整路径即可。

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方法三:

  • “属性面板”→”配置属性”→“链接器”→”常规”,附加依赖库目录中输入,静态库所在目录;
  • “属性面板”→”配置属性”→“链接器”→”输入”,附加依赖库中输入静态库名StaticLibrary.lib。

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动态库

通过上面的介绍发现静态库,容易使用和理解,也达到了代码复用的目的,那为什么还需要动态库呢?

为什么还需要动态库?

为什么需要动态库,其实也是静态库的特点导致。

  • 空间浪费是静态库的一个问题。

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  • 另一个问题是静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。如果静态库liba.lib更新了,所以使用它的应用程序都需要重新编译、发布给用户(对于玩家来说,可能是一个很小的改动,却导致整个程序重新下载,全量更新)。

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。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,规避了空间浪费问题。动态库在程序运行是才被载入,也解决了静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。用户只需要更新动态库即可,增量更新。

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动态库特点总结:

  •  动态库把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期。
  •  可以实现进程之间的资源共享。(因此动态库也称为共享库)
  •  将一些程序升级变得简单。
  •  甚至可以真正做到链接载入完全由程序员在程序代码中控制(显示调用)。

Window与Linux执行文件格式不同,在创建动态库的时候有一些差异。

  •  在Windows系统下的执行文件格式是PE格式,动态库需要一个DllMain函数做出初始化的入口,通常在导出函数的声明时需要有_declspec(dllexport)关键字。
  •  Linux下gcc编译的执行文件默认是ELF格式,不需要初始化入口,亦不需要函数做特别的声明,编写比较方便。

与创建静态库不同的是,不需要打包工具(ar、lib.exe),直接使用编译器即可创建动态库。

Linux下创建与使用动态库

linux动态库的命名规则

动态链接库的名字形式为 libxxx.so,前缀是lib,后缀名为“.so”。

  •  针对于实际库文件,每个共享库都有个特殊的名字“soname”。在程序启动后,程序通过这个名字来告诉动态加载器该载入哪个共享库。
  •  在文件系统中,soname仅是一个链接到实际动态库的链接。对于动态库而言,每个库实际上都有另一个名字给编译器来用。它是一个指向实际库镜像文件的链接文件(lib+soname+.so)。

创建动态库(.so)

编写四则运算动态库代码:

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#pragma once
class DynamicMath
{
public :
         DynamicMath( void );
         ~DynamicMath( void );
 
         static double add( double a, double b);
         static double sub( double a, double b);
         static double mul( double a, double b);
         static double div ( double a, double b);
         void print();
};

首先,生成目标文件,此时要加编译器选项-fpic

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g++ -fPIC -c DynamicMath.cpp

-fPIC 创建与地址无关的编译程序(pic,position independent code),是为了能够在多个应用程序间共享。

  • 然后,生成动态库,此时要加链接器选项-shared
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g++ -shared -o libdynmath.so DynamicMath.o

-shared指定生成动态链接库。

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其实上面两个步骤可以合并为一个命令:

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g++ -fPIC -shared -o libdynmath.so DynamicMath.cpp

使用动态库

编写使用动态库的测试代码:

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#include "../DynamicLibrary/DynamicMath.h"
 
#include
using namespace std;
 
int main( int argc, char * argv[])
{
     double a = 10;
     double b = 2;
 
     cout << "a + b = " << DynamicMath::add(a, b) << endl;
     cout << "a - b = " << DynamicMath::sub(a, b) << endl;
     cout << "a * b = " << DynamicMath::mul(a, b) << endl;
     cout << "a / b = " << DynamicMath:: div (a, b) << endl;
 
     DynamicMath dyn;
     dyn.print();
     return 0;
}

引用动态库编译成可执行文件(跟静态库方式一样):

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g++ TestDynamicLibrary.cpp -L.. /DynamicLibrary -ldynmath

然后运行:./a.out,发现竟然报错了!!!

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可能大家会猜测,是因为动态库跟测试程序不是一个目录,那我们验证下是否如此:

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发现还是报错!!!那么,在执行的时候是如何定位共享库文件的呢?

1) 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)。

2) 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。

如何让系统能够找到它:

  •  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

我们将创建的动态库复制到/usr/lib下面,然后运行测试程序。

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Windows下创建与使用动态库

创建动态库(.dll)

与Linux相比,在Windows系统下创建动态库要稍微麻烦一些。首先,需要一个DllMain函数做出初始化的入口(创建win32控制台程序时,勾选DLL类型会自动生成这个文件):

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// dllmain.cpp : Defines the entry point for the DLL application.
#include "stdafx.h"
 
BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule,
                        DWORD  ul_reason_for_call,
                        LPVOID lpReserved
                      )
{
     switch (ul_reason_for_call)
     {
     case DLL_PROCESS_ATTACH:
     case DLL_THREAD_ATTACH:
     case DLL_THREAD_DETACH:
     case DLL_PROCESS_DETACH:
         break ;
     }
     return TRUE;
}

通常在导出函数的声明时需要有_declspec(dllexport)关键字:

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#pragma once
class DynamicMath
{
public :
     __declspec ( dllexport ) DynamicMath( void );
     __declspec ( dllexport ) ~DynamicMath( void );
 
     static __declspec ( dllexport ) double add( double a, double b); //加法
     static __declspec ( dllexport ) double sub( double a, double b); //减法
     static __declspec ( dllexport ) double mul( double a, double b); //乘法
     static __declspec ( dllexport ) double div ( double a, double b); //除法
 
     __declspec ( dllexport ) void print();
};

生成动态库需要设置工程属性,打开工程“属性面板”→”配置属性”→”常规”,配置类型选择动态库。

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Build项目即可生成动态库。

使用动态库

创建win32控制台测试程序:

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#include "stdafx.h"
#include "DynamicMath.h"
 
#include
using namespace std;
 
int _tmain( int argc, _TCHAR* argv[])
{
     double a = 10;
     double b = 2;
 
     cout << "a + b = " << DynamicMath::add(a, b) << endl;
     cout << "a - b = " << DynamicMath::sub(a, b) << endl;
     cout << "a * b = " << DynamicMath::mul(a, b) << endl;
     cout << "a / b = " << DynamicMath:: div (a, b) << endl;
 
     DynamicMath dyn;
     dyn.print();
 
     system ( "pause" );
     return 0;
}

方法一:

  • 工程“属性面板”→“通用属性”→“框架和引用”→”添加引用”,将显示“添加引用”对话框。“项目”选项卡列出了当前解决方案中的各个项目以及可以引用的所有库。 在“项目”选项卡中,选择 DynamicLibrary。 单击“确定”。

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  • 添加DynamicMath.h 头文件目录,必须修改包含目录路径。打开工程“属性面板”→”配置属性”→“C/C++”→” 常规”,在“附加包含目录”属性值中,键入DynamicMath.h 头文件所在目录的路径或浏览至该目录。

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编译运行OK。

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方法二:

  •  “属性面板”→”配置属性”→“链接器”→”常规”,附加依赖库目录中输入,动态库所在目录;

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  • “属性面板”→”配置属性”→“链接器”→”输入”,附加依赖库中输入动态库编译出来的DynamicLibrary.lib。

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这里可能大家有个疑问,动态库怎么还有一个DynamicLibrary.lib文件?即无论是静态链接库还是动态链接库,最后都有lib文件,那么两者区别是什么呢?其实,两个是完全不一样的东西。

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StaticLibrary.lib的大小为190KB,DynamicLibrary.lib的大小为3KB,静态库对应的lib文件叫静态库,动态库对应的lib文件叫【导入库】。实际上静态库本身就包含了实际执行代码、符号表等等,而对于导入库而言,其实际的执行代码位于动态库中,导入库只包含了地址符号表等,确保程序找到对应函数的一些基本地址信息。

 

动态库的显式调用

上面介绍的动态库使用方法和静态库类似属于隐式调用,编译的时候指定相应的库和查找路径。其实,动态库还可以显式调用。【在C语言中】,显示调用一个动态库轻而易举!

在Linux下显式调用动态库

#include ,提供了下面几个接口:

  • void * dlopen( const char * pathname, int mode ):函数以指定模式打开指定的动态连接库文件,并返回一个句柄给调用进程。
  • void* dlsym(void* handle,const char* symbol):dlsym根据动态链接库操作句柄(pHandle)与符号(symbol),返回符号对应的地址。使用这个函数不但可以获取函数地址,也可以获取变量地址。
  • int dlclose (void *handle):dlclose用于关闭指定句柄的动态链接库,只有当此动态链接库的使用计数为0时,才会真正被系统卸载。
  • const char *dlerror(void):当动态链接库操作函数执行失败时,dlerror可以返回出错信息,返回值为NULL时表示操作函数执行成功。

在Windows下显式调用动态库

应用程序必须进行函数调用以在运行时显式加载 DLL。为显式链接到 DLL,应用程序必须:

  • 调用 LoadLibrary(或相似的函数)以加载 DLL 和获取模块句柄。
  • 调用 GetProcAddress,以获取指向应用程序要调用的每个导出函数的函数指针。由于应用程序是通过指针调用 DLL 的函数,编译器不生成外部引用,故无需与导入库链接。
  • 使用完 DLL 后调用 FreeLibrary。

显式调用C++动态库注意点

对C++来说,情况稍微复杂。显式加载一个C++动态库的困难一部分是因为C++的name mangling;另一部分是因为没有提供一个合适的API来装载类,在C++中,您可能要用到库中的一个类,而这需要创建该类的一个实例,这不容易做到。

name mangling可以通过extern “C”解决。C++有个特定的关键字用来声明采用C binding的函数:extern “C” 。用 extern “C”声明的函数将使用函数名作符号名,就像C函数一样。因此,只有非成员函数才能被声明为extern “C”,并且不能被重载。尽管限制多多,extern “C”函数还是非常有用,因为它们可以象C函数一样被dlopen动态加载。冠以extern “C”限定符后,并不意味着函数中无法使用C++代码了,相反,它仍然是一个完全的C++函数,可以使用任何C++特性和各种类型的参数。

另外如何从C++动态库中获取类,附上几篇相关文章,但我并不建议这么做:

  • 《LoadLibrary调用DLL中的Class》:http://www.cppblog.com/codejie/archive/2009/09/24/97141.html
  • 《C++ dlopen mini HOWTO》:http://blog.csdn.net/denny_233/article/details/7255673

“显式”使用C++动态库中的Class是非常繁琐和危险的事情,因此能用“隐式”就不要用“显式”,能静态就不要用动态。

 

附件:Linux下库相关命令

g++(gcc)编译选项

  • -shared :指定生成动态链接库。
  • -static :指定生成静态链接库。
  • -fPIC :表示编译为位置独立的代码,用于编译共享库。目标文件需要创建成位置无关码, 念上就是在可执行程序装载它们的时候,它们可以放在可执行程序的内存里的任何地方。
  • -L. :表示要连接的库所在的目录。
  • -l:指定链接时需要的动态库。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.a/.so来确定库的名称。
  • -Wall :生成所有警告信息。
  • -ggdb :此选项将尽可能的生成gdb 的可以使用的调试信息。
  • -g :编译器在编译的时候产生调试信息。
  • -c :只激活预处理、编译和汇编,也就是把程序做成目标文件(.o文件) 。
  • -Wl,options :把参数(options)传递给链接器ld 。如果options 中间有逗号,就将options分成多个选项,然后传递给链接程序。

nm命令

有时候可能需要查看一个库中到底有哪些函数,nm命令可以打印出库中的涉及到的所有符号。库既可以是静态的也可以是动态的。nm列出的符号有很多,常见的有三种:

  • 一种是在库中被调用,但并没有在库中定义(表明需要其他库支持),用U表示;
  • 一种是库中定义的函数,用T表示,这是最常见的;
  • 一种是所谓的弱态”符号,它们虽然在库中被定义,但是可能被其他库中的同名符号覆盖,用W表示。

$nm libhello.h

ldd命令

ldd命令可以查看一个可执行程序依赖的共享库,例如我们编写的四则运算动态库依赖下面这些库:

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总结

二者的不同点在于代码被载入的时刻不同。

  •  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,因此体积较大。
  •  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,因此代码体积较小。

动态库的好处是,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。带来好处的同时,也会有问题!如经典的DLL Hell问题,关于如何规避动态库管理问题,可以自行查找相关资料。


C/C++ 跨平台交叉编译、静态库/动态库编译、MinGW、Cygwin、CodeBlocks使用原理及链接参数选项


目录

0. 引言
1. 交叉编译
2. Cygwin简介
3. 静态库编译及使用
4. 动态库编译及使用
5. MinGW简介
6. CodeBlocks简介

 

0. 引言

UNIX是一个注册商标,是要满足一大堆条件并且支付可观费用才能够被授权使用的一个操作系统。linux是unix的克隆版本,是由其创始人Linus和诸多世界知名的黑客手工打造的一个操作系统。为什么linux和unix之间有很多软件可以很轻松的移植?因为linux也满足POSIX规范,所以在运行机制上跟unix相近。同时,POSIX标准也是Linux、windows下能够进行交叉编译的基础

0x1: POSIX(Portable Operating System Interface)

可移植操作系统接口(Portable Operating System Interface POSIX),是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行的软件,而定义API的一系列互相关联的标准的总称,其正式称呼为IEEE 1003,而国际标准名称为ISO/IEC 9945。此标准源于一个大约开始于1985年的项目。POSIX这个名称是由理查德·斯托曼应IEEE的要求而提议的一个易于记忆的名称。它基本上是(Portable Operating System Interface可移植操作系统接口)的缩写,而X则表明其对Unix API的传承

Linux基本上逐步实现了POSIX兼容,但并没有参加正式的POSIX认证。微软的Windows NT声称部分实现了POSIX标准,因为有POSIX标准的存在,我们在unix、linux、windows上进行编程的时候,会发现有很多API都是通用的,虽然大多数情况下进行跨系统兼容编程是很困难的

当前的POSIX主要分为四个部分

1. Base Definitions
2. System Interfaces
3. Shell and Utilities
4. Rationale

0x2: POSIX 1.1标准

POSIX(Portable Operating System Interface for Computing Systems)是由IEEE 和ISO/IEC 开发的一簇标准。该标准是基于现有的UNIX实践和经验,描述了操作系统的调用服务接口,用于保证编制的应用程序可以在源代码一级上在多种操作系统上移植运行。

1. 1003.0
管理POSIX开放式系统环境(OSE)。IEEE在1995年通过了这项标准。ISO的版本是ISO/IEC 14252:1996

2. 1003.1
被广泛接受、用于源代码级别的可移植性标准。1003.1提供一个操作系统的C语言应用编程接口(API)。IEEE和ISO已经在1990年通过了这个标准,IEEE在1995年重新修订了该标准。

3. 1003.1b
一个用于实时编程的标准(以前的P1003.4或POSIX.4)。这个标准在1993年被IEEE通过,被合并进ISO/IEC 9945-1

4. 1003.1c
一个用于线程(在一个程序中当前被执行的代码段)的标准。以前是P1993.4或POSIX.4的一部分,这个标准已经在1995年被IEEE通过,归入ISO/IEC 9945-1:1996

5. 1003.1g
一个关于协议独立接口的标准,该接口可以使一个应用程序通过网络与另一个应用程序通讯。1996年,IEEE通过了这个标准

6. 1003.2
一个应用于shell和工具软件的标准,它们分别是操作系统所必须提供的命令处理器和工具程序。1992年IEEE通过了这个标准。ISO也已经通过了这个标准(ISO/IEC 9945-2:1993)

7. 1003.2d
改进的1003.2标准

8. 1003.5
一个相当于1003.1的Ada语言的API。在1992年,IEEE通过了这个标准。并在1997年对其进行了修订。ISO也通过了该标准

9. 1003.5b
一个相当于1003.1b(实时扩展)的Ada语言的API。IEEE和ISO都已经通过了这个标准。ISO的标准是ISO/IEC 14519:1

10. 1003.5c
一个相当于1003.1q(协议独立接口)的Ada语言的API。在1998年,IEEE通过了这个标准。ISO也通过了这个标准。

11. 1003.9
一个相当于1003.1的FORTRAN语言的API。在1992年,IEEE通过了这个标准,并于1997年对其再次确认。ISO也已经通过了这个标准

12. 1003.10
一个应用于超级计算应用环境框架(Application Environment Profile,AEP)的标准。在1995年,IEEE通过了这个标准

13. 1003.13
一个关于应用环境框架的标准,主要针对使用POSIX接口的实时应用程序。在1998年,IEEE通过了这个标准 

14. 1003.22
一个针对POSIX的关于安全性框架的指南

15. 1003.23
一个针对用户组织的指南,主要是为了指导用户开发和使用支持操作需求的开放式系统环境(OSE)框架

16. 2003
针对指定和使用是否符合POSIX标准的测试方法,有关其定义、一般需求和指导方针的一个标准。在1997年,IEEE通过了这个标准

17. 2003.1
这个标准规定了针对1003.1的POSIX测试方法的提供商要提供的一些条件。在1992年,IEEE通过了这个标准

18. 2003.2
一个定义了被用来检查与IEEE 1003.2(shell和工具API)是否符合的测试方法的标准。在1996年,IEEE通过了这个标准

0x3: POSIX标准的意义

POSIX的意义在于提供了"跨操作系统兼容性编译"的能力,遵循了POSIX标准的C/C++程序源代码,可以直接在Linux/BSD环境下用GCC编译,或者在windows下用Cygwin/MinGW编译(Cygwin、MinGW提供了跨操作系统的兼容编译)。这叫跨操作系统的编译,注意要和"跨平台交叉编译"区分开来

Relevant Link:

http://zh.wikipedia.org/wiki/POSIX
http://i.linuxtoy.org/docs/guide/ch48s05.html

 

1. 交叉编译 

0x1: 交叉编译简介

从编译所在的平台和运行所在的平台这点来看,有两种编译概念

1. 本地编译
我们常见的软件开发,都是属于"本地编译"。在当前的PC下,x86的CPU下,直接编译出来程序,可以运行的程序(或者库文件),其可以直接在当前的环境,即x86的CPU下,当前电脑中,运行。
此时的编译,可以叫做"本地编译",即在当前目标平台下,编译出来的程序,也只是放到当前平台下,就可以运行的

2. 交叉编译
这是一个和本地编译相对应的概念。而所谓的"交叉编译",就是在一种平台上编译,编译出来的程序,是放到别的平台上运行
即编译的环境,和运行的环境,不一样,属于交叉的,此所谓cross交叉编译,这个概念,主要和嵌入式开发有关

一种最常见的例子就是:

在进行嵌入式开发时,手上有个嵌入式开发板,CPU是arm的,然后在x86的平台下开发,比如Ubuntu的Linux,或者是Win7。然后就需要在x86的平台上,(用交叉编译器)去编译你写好的程序代码,编译生成的(可执行的)程序,是放
到目标开发板,arm的CPU上运行的 此所谓:在x86平台上编译,在ARM平台上运行

交叉编译,英文常写作cross compile,也有其他写法:crosscompile, cross compiling等

0x2: 为何要有交叉编译

之所以要有交叉编译,主要原因是:

1. 嵌入式系统中的资源太少
交叉编译出来的程序,所要运行的目标环境中,各种资源,都相对有限,所以很难进行直接的本地编译,最常见的情况是:
因为编译,开发,都需要相对比较多的CPU,内存,硬盘等资源,而嵌入式开发上的那点资源,只够嵌入式(Linux)系统运行的,没太多剩余的资源,供你本地编译。所以需要在别的平台上进行跨平台编译,然后在其他的平台上运行

0x3: 跨平台编译和跨操作系统编译的差别

这里需要注意的是"平台"的概念,实际上包含两个概念

1. 体系结构(Architecture): 同一个体系结构可以运行不同的操作系统
2. 操作系统(Operating System): 同一个操作系统也可以在不同的体系结构上运行

举例来说,我们常说的x86 Linux平台实际上是Intel x86体系结构和Linux for x86操作系统的统称;而x86 WinNT平台实际上是Intel x86体系结构和Windows NT for x86操作系统的简称

像crosstool-NG这类交叉编译器和Cygwin这类跨操作系统平台编译器的区别在于

1. crosstool-NG跨平台编译(跨体系结构、操作系统)

2. Cygwin跨平台编译(提供*inux到windows系统的代码级编译兼容性)

Relevant Link:

http://www.crifan.com/files/doc/docbook/cross_compile/release/html/cross_compile.html
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%A4%E5%8F%89%E7%B7%A8%E8%AD%AF%E5%99%A8
http://baike.baidu.com/view/650389.htm

 

2. Cygwin简介

0x1: 简介

Cygwin是许多自由软件的集合,最初由Cygnus Solutions开发,用于各种版本的Microsoft Windows上,运行类UNIX系统。Cygwin的主要目的是通过"重新编译"(注意:是重新编译),将POSIX系统(例如Linux、BSD,以及其他Unix系统)上的软件移植到Windows上。Cygwin移植工作在Windows NT上比较好,在Windows 95和Windows 98上,相对差劲一些。目前Cygwin由Red Hat等负责维护

首要需要明白的是,Cygwin不是一个跨平台模拟器,它不能让我们把linux上编译出来的程序在windows上运行(像wine那样),而是一个跨平台的编译器,也就是提供代码级的跨操作系统兼容性,我们在linux下写的符合POSIX标准的C程序可以在windows下面进行编译,Cygwin提供了一套在windows下可以使用的Linux的API

Cygwin包括了一套库,该库在Win32系统下实现了POSIX系统调用的API。还有一套GNU开发工具集(比如GCC、GDB),这样可以进行简单的软件开发。还有一些UNIX系统下的常见程序。2001年,新增了X Window System

0x2: Cygwin的特性

Cygwin is:
1. a large collection of GNU and Open Source tools which provide functionality similar to a Linux distribution on Windows.
2. a DLL (cygwin1.dll) which provides substantial POSIX API functionality.

Cygwin is not:
1. a way to run native Linux apps on Windows. You must rebuild your application from source if you want it to run on Windows.
2. a way to magically make native Windows apps aware of UNIX® functionality like signals, ptys, etc. Again, you need to build your apps from source if you want to take advantage 
of Cygwin functionality.

0x3: Cygwin原理

cygnus当初首先把GCC,GDB,GAS等开发工具进行了改进,使他们能够生成并解释win32的目标文件。然后,他们要把这些工具移植到windows平台上去。一种方案是基于win32 api对这些工具的源代码进行大幅修改,这样做显然需要大量工作。因此,他们采取了一种不同的方法

1. 他们写了一个共享库(就是cygwin.dll),把win32 api中没有的unix风格的调用(如fork、spawn、signals、select、sockets等)封装在里面
2. 也就是说,他们基于win32 api写了一个unix系统库的模拟层(这个模拟层是一个关键,它的底层是win32 api,上层提供unix风格的调用,所以我们才可以在windows下编译unix风格的C程序)
3. 这样,只要把这些工具的源代码和这个共享库连接到一起,就可以使用unix主机上的交叉编译器来生成可以在windows平台上运行的工具集
4. 以这些移植到windows平台上的开发工具为基础,cygnus又逐步把其他的工具(几乎不需要对源代码进行修改,只需要修改他们的配置脚本)软件移植到windows上来。这样,在windows平台上运行bash和开发工具、用户工具,感觉好
像在unix上工作

0x4: 使用Cygwin编程

code

#iuclude 

main()
{
    printf("hello world!!\n");
}

编译

gcc hello.c -o hello.exe

得到hello.exe,这个程序可以在windows上直接点击运行

Relevant Link:

http://zh.wikipedia.org/wiki/Cygwin
https://www.cygwin.com/
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-cygwin/

 

3. 静态库编译及使用

0x1: 什么是库

库是写好的现有的,成熟的,可以复用的代码。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,因此库的存在是很有必要的
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。库有两种

1. 静态库(.a、.lib)
2. 动态库(.so、.dll)

所谓静态、动态是指"链接"的过程存在区别


0x2: 动态库和静态库的默认路径PATH搜索顺序

库文件在连接(静态库和共享库)和运行(仅限于使用共享库的程序)时被使用,其搜索路径是在系统中进行设置的

1. 静态库的搜索路径顺序
    1) /lib
    2) /usr/lib  
    3) /etc/ld.so.conf文件中添加库的搜索路径
    4) /etc/ld.so.conf.d下新建一个.conf文件,这种方法可以很灵活地将不同软件的库搜索路径区分开来
2. 动态库的搜索路径顺序
    1) LD_LIBRARY_PATH 
    2) /lib
    3) /usr/lib  
    4) /etc/ld.so.cache(使用ldconfig生成的库路径缓存)
    5) /etc/ld.so.conf文件中添加库的搜索路径
    6) /etc/ld.so.conf.d下新建一个.conf文件,这种方法可以很灵活地将不同软件的库搜索路径区分开来

0x3: 静态库

之所以称之为"静态库",是因为在链接阶段,会将汇编生成的目标文件.o与引用到的库一起链接打包到可执行文件中。因此对应的链接方式称为静态链接。
从本质上来说,一个静态库可以简单看成是一组目标文件(.o/.obj文件)的集合,静态库与汇编生成的目标文件(.o/.obj)一起链接为可执行文件
静态库和.o文件格式相似。即很多目标文件经过压缩打包后形成的一个文件

静态库特点总结:

1. 静态库对函数库的链接是放在编译时期完成的
2. 程序在运行时与函数库再无瓜葛,移植方便,因为代码已经嵌入到程序里面了,可以直接跟着程序走,不存在对外部文件的依赖
3. 浪费空间和资源,因为所有相关的目标文件与牵涉到的函数库被链接合成一个可执行文件,会增加原本程序的空间

0x4: 静态库编程

我们接下来学习一下如何创建用于C++应用的静态库(一个.lib 文件)。 使用静态库是重用代码的一种绝佳方式。 你不必在要求功能的每个应用中重新实现同一例程,而只需将其写入静态库一次,然后从应用引用它们即可。 从静态库链接的代码成为了应用的一部分,这样你就不必安装另一个文件来使用代码。

1. VS编译、使用静态库

//创建静态库项目
1. 在菜单栏上,依次选择"文件""新建""项目"
2. 在"新建项目"对话框的左窗格中,依次展开"已安装""模板""Visual C++",然后选择"Win32"
3. 在中间窗格中,选择"Win32 控制台应用程序"
4. 在"名称"框中为项目指定名称,例如 MathFuncsLib。 在"解决方案名称"框中为解决方案指定名称,例如 StaticLibrary。 选择"确定"按钮
5. 在"Win32 应用程序向导"对话框的"概述"页上,选择"下一步"按钮
6. 在"应用程序设置"页的"应用程序类型"下,选择"静态库"
7. 在"应用程序设置"页的"附加选项"下,清除"预编译头"复选框
8. 选择"完成"按钮创建项目

MathFuncsLib.h

// MathFuncsLib.h
#ifndef MATHFUNCSLIB_H  
#define MATHFUNCSLIB_H  
  
namespace MathFuncs
{
    class MyMathFuncs
    {
    public:
        // Returns a + b
        static double Add(double a, double b);

        // Returns a - b
        static double Subtract(double a, double b);

        // Returns a * b
        static double Multiply(double a, double b);

        // Returns a / b
        static double Divide(double a, double b);
    };
}  
  
#endif  

MathFuncsLib.cpp

// MathFuncsLib.cpp
// compile with: cl /c /EHsc MathFuncsLib.cpp
// post-build command: lib MathFuncsLib.obj

#include "MathFuncsLib.h"

#include 

using namespace std;

namespace MathFuncs
{
    double MyMathFuncs::Add(double a, double b)
    {
        return a + b;
    }

    double MyMathFuncs::Subtract(double a, double b)
    {
        return a - b;
    }

    double MyMathFuncs::Multiply(double a, double b)
    {
        return a * b;
    }

    double MyMathFuncs::Divide(double a, double b)
    {
        return a / b;
    }
}

编译静态库文件

//编译此静态库
1. 在菜单栏上依次选择"生成""生成解决方案"
2. 这将创建一个可供其他程序使用的静态库

vs是windows操作系统下的编译平台,通过vs编译得到的.lib静态库只能在windows的程序代码中使用,主要是编译器、汇编器和连接器的不同,因此二者库的二进制是不兼容的。文章之后会学习到如何将linux下编译的静态库通过跨平台编译链接到windows的程序代码中

要在其他程序中使用静态库中的功能,必须引用静态库才能使用其中的例程

//创建引用静态库的 C++ 控制台应用
1. 在菜单栏上,依次选择"文件""新建""项目"2. 在左窗格中的"Visual C++"下,选择"Win32"3. 在中间窗格中,选择"Win32 控制台应用程序"4. 在"名称"框中为项目指定名称,例如 MyExecRefsLib。 在"解决方案"旁的下拉列表中选择"添加到解决方案"。 这会将新项目添加到包含此静5. 态库的解决方案。 选择"确定"按钮。
6. 在"Win32 应用程序向导"对话框的"概述"页上,选择"下一步"按钮。
7. 在"应用程序设置"页的"应用程序类型"下,选择"控制台应用程序"8. 在"应用程序设置"页的"附加选项"下,清除"预编译头"复选框。
9. 选择"完成"按钮创建项目。
 
//在应用中使用静态库的功能
1. 在创建一个控制台应用程序后,一个空的程序已经为你创建好了。 源文件的名称与你之前选择的名称相同。 在此示例中,源文件名为 MyExecRefsLib.cpp。
2. 必须引用静态库才能使用其中的算术例程。 为此,请在"解决方案资源管理器"中打开 MyExecRefsLib 项目的快捷菜单,然后选择"引用"。 在 MyExecRefsLib"属性页"对话框中,展开"通用属性"节点,选择"框架和引用",然后
选择"添加新引用"按钮。 有关"引用"对话框的更多信息,请参见" 属性页"对话框 ->"通用属性"->"框架和引用"3. "添加引用"对话框列出了可以引用的库。 "项目"选项卡列出了当前解决方案中的所有项目以及它们包含的所有库。 在"项目"选项卡上,选中"MathFuncsLib"复选框,然后选择"确定"按钮。 4. 若要引用 MathFuncsLib.h 头文件,必须修改包含的目录路径。 在 MyExecRefsLib"属性页"对话框中,依次展开"配置属性"节点和"C/C++"节点,然后选择"常规"。 在"附加包含目录"旁,指定 MathFuncsLib 目录的路径或
浏览至该目录。
5. 若要浏览至目录路径,请打开属性值下拉列表框,然后选择"编辑"。 在"附加包含目录"对话框中,在文本框中选择一个空行,然后选择行尾的省略号按钮 (…)。 在"选择目录"对话框中,选择 MathFuncsLib 目录,然后选择"选择
文件夹
"按钮以保存所做选择并关闭对话框。 在"附加包含目录"对话框中,选择"确定"按钮,然后在"属性页"对话框中,选择"确定"按钮以保存对该项目进行的更改。

MyExecRefsLib.cpp 

// MyExecRefsLib.cpp
// compile with: cl /EHsc MyExecRefsLib.cpp /link MathFuncsLib.lib

#include 

#include "MathFuncsLib.h"

using namespace std;

int main()
{
    double a = 7.4;
    int b = 99;

    cout << "a + b = " <<
        MathFuncs::MyMathFuncs::Add(a, b) << endl;
    cout << "a - b = " <<
        MathFuncs::MyMathFuncs::Subtract(a, b) << endl;
    cout << "a * b = " <<
        MathFuncs::MyMathFuncs::Multiply(a, b) << endl;
    cout << "a / b = " <<
        MathFuncs::MyMathFuncs::Divide(a, b) << endl;

    return 0;
}

Relevant Link:

http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms235627.aspx#BKMK_CreateLibProject

2. GCC编译、使用静态库

静态库的后缀是.a(并没有强制规定),它的产生分两步

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
2. ar命令将很多.o转换成.a,成为静态库,从这点也可以看出来,库是很多.o文件的集合

在linux下,库文件一般放在/usr/lib和/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(如果库的命名不遵循 libXXXXX.a的格式就找不到相应文件)

ldd命令可以查看一个可执行程序依赖的共享库 
ldd /bin/ping
    linux-gate.so.1 =>  (0x006cd)
    libidn.so.11 => /lib/libidn.so.11 (0x005d6)
    libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x00927)
    /lib/ld-linux.so.2 (0x005ac)

首先,我们先完成函数库(静态库的代码)的编码

hello.h: 函数库(静态库)的头文件

#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H

void hello(const char* name);

#endif

hello.c: 函数库的实现代码

#include 

void hello(const char* name)
{
    printf("Hello%s!\n", name);
}

现在,我们可以将当前的代码编译为静态库文件,需要注意的,静态库和可执行在本质上都是可执行代码,但是静态库没有main主程序,所以不能独立运行,需要被引入到别的程序中进行运行

//将代码编译为对象文件.o
gcc -c hello.c
//将.o链接为静态库文件
ar rcs libhello.a hello.o

编译好静态库文件之后,我们就可以在其他程序中使用静态库文件中的函数了

1. 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(include对应的头文件)
2. 然后在用gcc命令生成目标文件时指明静态库名
3. gcc将会从静态库中将公用函数连接到目标文件中
4. 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,因此,我们在写需要连接的库时,只写名字就可以,如libhello.a的库,只写: -lhello

main.c: 调用静态库的程序代码

#include "hello.h"

int main()
{
    hello("LittleHann");
    return 0;
}

编译

gcc -o hello main.c -L. -lhello

关于gcc的编译指令,请参阅另一篇文章

http://www.cnblogs.com/LittleHann/p/3855905.html

Relevant Link:

http://wenku.baidu.com/view/7d8602b265ce050877321301.html

 

4. 动态库编译及使用

0x1: 动态库

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。

接下来我们继续学习如何创建用于 C++ 应用程序的动态链接库 (DLL)。 使用库是重用代码的一种绝佳方式。 您不必在自己创建的每个程序中重新实现同一例程,而只需对这些例程写入一次,然后从需要该功能的应用程序引用它们即可。 通过将代码放入 DLL,您节省在引用它的每个应用程序的空间,而且,您可以更新 DLL,而无需重新编译所有应用程序

0x2: 动态库编程

1. VS编译、使用静态库

//创建动态链接库 (DLL) 项目
1. 在菜单栏上,依次选择"文件""新建""项目"2. 在"新建项目"对话框的左窗格中,依次展开"已安装""模板""Visual C++",然后选择"Win32"3. 在中间窗格中,选择"Win32 控制台应用程序"4. 在"名称"框中为项目指定名称,例如,MathFuncsDll。 在"解决方案名称"框中为解决方案指定一个名称,例如 DynamicLibrary。 选择"确定"按钮。
5. 在"Win32 应用程序向导"对话框的"概述"页上,选择"下一步"按钮。
6. 在"应用程序设置"页上的"应用程序类型"下,选择"DLL"7. 选择"完成"按钮创建项目。

编写动态库DLL的头文件,MathFuncsDll.h

// MathFuncsDll.h

#ifndef MATHFUNCSDll_H
#define MATHFUNCSDll_H

/*
当定义了 MATHFUNCSDLL_EXPORTS 符号时,MATHFUNCSDLL_API 符号将在此代码中的成员函数声明中设置 __declspec(dllexport) 修饰符,此修饰符使函数能作为 DLL 导出,以供其他应用程序调用
当 MATHFUNCSDLL_EXPORTS 未定义时,MATHFUNCSDLL_API 会在成员函数声明中定义 __declspec(dllimport) 修饰符。 此修饰符能够使编译器优化从 DLL 导入的用于其他应用程序的函数
默认情况下,生成 MathFuncsDll 项目时会定义 MATHFUNCSDLL_EXPORTS
*/
#ifdef MATHFUNCSDLL_EXPORTS
    #define MATHFUNCSDLL_API __declspec(dllexport) 
#else
    #define MATHFUNCSDLL_API __declspec(dllimport) 
#endif

namespace MathFuncs
{
    // This class is exported from the MathFuncsDll.dll
    class MyMathFuncs
    {
    public: 
        // Returns a + b
        static MATHFUNCSDLL_API double Add(double a, double b); 

        // Returns a - b
        static MATHFUNCSDLL_API double Subtract(double a, double b); 

        // Returns a * b
        static MATHFUNCSDLL_API double Multiply(double a, double b); 

        // Returns a / b
        // Throws const std::invalid_argument& if b is 0
        static MATHFUNCSDLL_API double Divide(double a, double b); 
    };
}

#endif

编写动态库DLL的函数实现的.cpp文件

// MathFuncsDll.cpp : Defines the exported functions for the DLL application.
//

#include "stdafx.h"
#include "MathFuncsDll.h"
#include 

using namespace std;

namespace MathFuncs
{
    double MyMathFuncs::Add(double a, double b)
    {
        return a + b;
    }

    double MyMathFuncs::Subtract(double a, double b)
    {
        return a - b;
    }

    double MyMathFuncs::Multiply(double a, double b)
    {
        return a * b;
    }

    double MyMathFuncs::Divide(double a, double b)
    {
        if (b == 0)
        {
            throw invalid_argument("b cannot be zero!");
        }

        return a / b;
    }
}

编译后可以得到一个.dll文件

编译得到一个dll文件后,我们就在其他的程序代码中去引入这个dll文件,并使用其中的函数功能了

//创建引用 DLL 的应用程序
1. 为了创建一个项目引用你刚刚创建好的DLL,在菜单栏中选择 文件>新建>项目。
2. 在左窗格中的"Visual C++"下,选择"Win32"3. 在中间窗格中,选择"Win32 控制台应用程序"4. 在"名称"框中为项目指定名称,例如,MyExecRefsDll。 从"解决方案"旁边的下拉列表中选择"添加到解决方案"。 这会将新项目添加到包含 DLL 的同一个解决方案中。 选择"确定"按钮。
5. 在"Win32 应用程序向导"对话框的"概述"页上,选择"下一步"按钮。
6. 在"应用程序设置"页的"应用程序类型"下,选择"控制台应用程序"7. 在"应用程序设置"页的"附加选项"下,清除"预编译头"复选框。
8. 选择"完成"按钮创建项目。

//在应用程序中使用类库的功能
1. 在创建一个控制台应用程序后,一个空的程序已经为你创建好了。 源文件的名称与你之前选择的名称相同。 在本示例中,名为"MyExecRefsDll.cpp"2. 若要使用您 DLL 中创建的算术例程,必须引用 DLL。 为此,请在 解决方案资源管理器 中选择 MyExecRefsDll 项目,然后在菜单栏上,选择 项目,引用。 在"属性页"对话框中,展开"通用属性"节点,选择"框架和引用",然
后选择"添加新引用"按钮。 有关"引用"对话框的更多信息,请参见" 属性页"对话框 ->"通用属性"->"框架和引用"3. "添加引用"对话框列出了可以引用的库。 "项目"选项卡列出了当前解决方案中的所有项目,以及它们包含的所有库。 在"项目"选项卡上,选中"MathFuncsDll"旁边的复选框,然后选中"确定"按钮。 4. 若要引用 DLL 的头文件,必须修改包含的目录路径。 为此,请在"属性页"对话框中展开"配置属性"节点,然后展开"C/C++"节点,并选择"常规"。 在"附加包含目录"旁边,指定 MathFuncsDll.h 头文件所在位置的路径。 可以
使用相对路径(例如 ..\MathFuncsDll\),然后选择"确定"按钮。 5. 现在即可在此应用程序中使用 MyMathFuncs 类。 使用以下代码替换""的内容:

MyExecRefsDll.cpp

// MyExecRefsDll.cpp
// compile with: /EHsc /link MathFuncsDll.lib

#include 

#include "MathFuncsDll.h"

using namespace std;

int main()
{
    double a = 7.4;
    int b = 99;

    cout << "a + b = " <<
        MathFuncs::MyMathFuncs::Add(a, b) << endl;
    cout << "a - b = " <<
        MathFuncs::MyMathFuncs::Subtract(a, b) << endl;
    cout << "a * b = " <<
        MathFuncs::MyMathFuncs::Multiply(a, b) << endl;
    cout << "a / b = " <<
        MathFuncs::MyMathFuncs::Divide(a, b) << endl;

    try
    {
        cout << "a / 0 = " <<
            MathFuncs::MyMathFuncs::Divide(a, 0) << endl; 
    }
    catch (const invalid_argument &e) 
    {
        cout << "Caught exception: " << e.what() << endl; 
    }

    return 0;
}

2. GCC编译、使用静态库

foo.h:

#ifndef foo_h__
#define foo_h__
 
extern void foo(void);
 
#endif  // foo_h__

foo.c:

#include 
 
void foo(void)
{
    puts("Hello LittleHann, I'm a shared library");
}

编译动态库文件.so

gcc -shared -Wall -Werror -fpic -o libfoo.so foo.c

编译好动态库文件之后,我们就可以在其他程序中引入这个动态库文件.so,并使用其中的导出函数

main.c:

#include 
#include "foo.h"
 
int main(void)
{
    puts("This is a shared library test...");
    foo();
    return 0;
}

在main.c中引入了foo.h头文件

gcc -L. -Wall -o test main.c -lfoo

编译成功后,还有一件很重要的事,我们回想一下Linux下静态库、动态库的默认搜索顺序

1) LD_LIBRARY_PATH 
2) /lib
3) /usr/lib  
4) /etc/ld.so.cache(使用ldconfig生成的库路径缓存)
5) /etc/ld.so.conf文件中添加库的搜索路径
6) /etc/ld.so.conf.d下新建一个.conf文件,这种方法可以很灵活地将不同软件的库搜索路径区分开来

linux是默认不会去搜索当前目录的,所以我们必须将.so文件到默认路径下、或者使用LD_LIBRARY_PATH显示指定

cp libfoo.so /usr/lib
./test
rm -f /usr/lib/libfoo.so

Relevant Link:

http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms235636.aspx
http://www.cprogramming.com/tutorial/shared-libraries-linux-gcc.html

 

5. MinGW简介

0x1: MinGW是什么

MinGW(Minimalist GNU for Windows),又称mingw32,是将GCC编译器和GNU Binutils移植到Win32平台下的产物,包括一系列头文件(Win32API)、库和可执行文件

GCC支持的语言大多在MinGW也受支持,其中涵盖

1. C 
2. Objective-C
3. Fortran
4. Ada
5. 对于C语言之外的语言,MinGW使用标准的GNU运行库,如C++使用GNU libstdc++ 

但是MinGW使用Windows中的C运行库。因此用MinGW开发的程序不需要额外的第三方DLL支持就可以直接在Windows下运行,而且也不一定必须遵从GPL许可证。这同时造成了MinGW开发的程序只能使用Win32API和跨平台的第三方库,而缺少POSIX支持 ,大多数GNU软件无法在不修改源代码的情况下用MinGW编译

GCC是一个原本用于Unix系统下编程的编译器。不过,现在GCC也有了许多Win32下的移植版本,目前GCC在windows下有三个移植版本

1. MinGW
2. Cygwin
3. Djgpp

MinGW是Minimalistic GNU for Windows 的缩写。它是一个建立在GCC和binutils 项目上的编译器系统。和其他GCC的移植版相比,它可以说是最接近Win32的一个了。因为,MinGW几乎支持所有的Win32 API,这也是MinGW的特色之一。它所连接的程序,不需要任何第三方库就可以运行了。在某种程度上看,MinGW更像是VC的替代品

0x3: MinGW的Linker参数

0x3: 编程示例

Relevant Link:

http://www.mingw.org/
https://code.google.com/p/msys-cn/wiki/ChapterThree
http://wenku.baidu.com/view/c6f71522af45b307e87197a6.html

6. CodeBlocks简介

Relevant Link:

http://bbs.chinaunix.net/thread-3640636-1-1.html
http://zh.wikipedia.org/wiki/Code::Blocks
http://blog.csdn.net/wtfmonking/article/details/17487705

 

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动手编写一个编译器,学习一下较为底层的编程方式,是一种学习计算机到底是如何工作的非常有效方法。

编译器通常被看作是十分复杂的工程。事实上,编写一个产品级的编译器也确实是一个庞大的任务。但是写一个小巧可用的编译器却不是这么困难。

秘诀就是首先去找到一个最小的可用工程,然后把你想要的特性添加进去。这个方法也是Abdulaziz Ghuloum在他那篇著名的论文“一种构造编译器的捷径”里所提到的办法。不过这个办法确实可行。你只需要按照这篇论文中的第一步来操作,就可以得到一个真正可用的编译器!当然,它只能编译程序语言中的非常小的子集,但是它确实是一个真实可用的编译器。你可以随意的扩展这个编译器,然后从中学到更多更深的知识。

受到这篇文章的鼓舞,我就写了一个C编译器。从某种意义上来说这比写一个scheme的编译器要困难一些(因为你必须去解析C那复杂的语法),但是在某些方面又很便利(你不需要去处理运行时类型)。要写这样一个编译器,你只需要从你那个可用的最小的编译器开始。

对于我写的编译器来说,我把它叫 babyc,我选了这段代码来作为我需要运行的第一个程序:

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int main() {
     return 2;
}

没有变量,没有函数调用,没有额外的依赖,甚至连if语句,循环语句都没有,一切看起来是那么简单。

我们首先需要解析这段代码。我们将使用 Flex 和 Bison 来做到这点。这里有怎么用的例子可以参考,幸好我们的语法是如此简单,下面就是词法分析器:

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"{" { return '{'; }
"}" { return '}'; }
"(" { return '('; }
")" { return ')'; }
";" { return ';'; }
[0-9]+ { return NUMBER; }
"return" { return RETURN; }
"int" { return TYPE; }
"main" { return IDENTIFIER; }

这里是语法分析器:

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function:
     TYPE IDENTIFIER '(' ')' '{' expression '}'
     ;
 
expression:
     RETURN NUMBER ';'
     ;

最终,我们需要生成一些汇编代码。我们将使用32位的X86汇编,因为它非常的通用而且可以很容易的运行在你的机器上。这里有X86汇编的相关网站。

下面就是我们需要生成的汇编代码:

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.text
         .global _start # Tell the loader we want to start at _start.
 
_start:
         movl    $2,%ebx # The argument to our system call.
         movl    $1,%eax # The system call number of sys_exit is 1.
         int     $0x80 # Send an interrupt

然后加上上面的词法语法分析代码,把这段汇编代码写进一个文件里。恭喜你!你已经是一个编译器的编写者了!

Babyc 就是这样诞生的,你可以在这里看到它最开始的样子。

当然,如果汇编代码没办法运行也是枉然。让我们来用编译器生成我们所希望的真正的汇编代码。

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# Here's the file we want to compile.
$ cat return_two.c
#include
 
int main() {
     return 2;
}
 
# Run the compiler with this file.
$ . /babyc return_two.c
Written out.s.
 
# Check the output looks sensible.
$ cat out.s
.text
     .global _start
 
_start:
     movl    $2, %ebx
     movl    $1, %eax
     int     $0x80

非常棒!接着让我们来真正的运行一下编译之后代码来确保它能得到我们所想的结果。

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# Assemble the file. We explicitly assemble as 32-bit
# to avoid confusion on x86_64 machines.
$ as out.s -o out.o --32
 
# Link the file, again specifying 32-bit.
$ ld -m elf_i386 -s -o out out.o
 
# Run it!
$ . /out
 
# What was the return code?
$ echo $?
2 # Woohoo!

我们踏出了第一步,接下去怎么做就全看你了。你可以按照那篇文章所指导的全部做一遍,然后制作一个更加复杂的编译器。你需要去写一个更加精巧的语法树来生成汇编代码。接下去的几步分别是:(1)允许返回任意的值(比如,return 3; 一些可执行代码);(2)添加对“非”的支持(比如,return ~1; 一些可执行代码)。每一个额外的特性都可以教你关于C语言的更多知识,编译器到底是怎么执行的,以及世界上其他编写编译器的人是如何想的。

这是构建 babyc 的方法。Babyc 现在已经拥有了if语句,循环,变量以及最基础的数据结构。欢迎你来check out它的代码,但是我希望看完我的文章你能够自己动手写一个。

不要害怕底层的一些事情。这是一个非常奇妙的世界。



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