C语言库——静态库、共享库

        我们在编写一个C语言程序的时候，经常会遇到好多重复或常用的部分，如果每次都重新编写固然是可以的，不过那样会大大降低工作效率，并且影响代码的可读性，更不利于后期的代码维护。我们可以把他们制作成相应的功能函数，使用时直接调用就会很方便，还可以进行后期的功能升级。

        例如我要在一段代码中多次交换两个变量的值，我可以在代码中多次写入

i=x;
x=y;
y=i;

        不过这样未免有点麻烦我们可以编写一个change_two_int()函数进行简化。
定义如下函数：
void change_two_int(int *a，int *b)
  {
     int c;
     c=*a;
     *a=*b;
     *b=c;
   }
        这样每次要进行交换时只需调用 change_two_int(&x , &y);即可，是否方便了许多？

        那么我们要讨论的和这些有什么关系呢？库通俗的说就是把这些常用函数的目标文件打包在一起，提供相应函数的接口，便于程序员使用。库是别人写好的现有的，成熟的，可以复用的代码，我们只需要知道其接口如何定义，便可以自如使用。

        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。比如我们常使用的printf函数，就是c标准库提供的函数。我们在使用时只需要包含相应的头文件就可以使用（非静态编译还要有相应的库文件）。而不用关心printf函数具体是如何实现的，这样就大大提高了程序员编写代码的效率。从使用方法上分库大体上可以分为两类：静态库和共享库。在windows中静态库是以 .lib 为后缀的文件，共享库是以 .dll 为后缀的文件。在linux中静态库是以 .a 为后缀的文件，共享库是以 .so为后缀的文件。
以linux下的静态库和动态库为例我们研究一下，首先我们看一下他们的生成方式

静态库：
        首先将源文件编译成目标文件：gcc –c a.c b.c
                       生成静态库：ar –rc libstatic.a a.o b.o

共享库：
        同静态库一样编译成目标文件：gcc –c a.c b.c
                       生成共享库：gcc –fPIC –shared –o libshared.so a.o b.o

        由此可见静态库和动态库都是对目标文件的处理，也可以说库文件已经是机器码文件了，静态库和共享库的加载过程有很大的区别。

静态库的链接方法：
gcc –o staticcode –L. –lstatic main.c –static(默认库在当前文件夹)

共享库的链接方法：
gcc –o sharedcode  -L. –lshared main.c(默认库在当前文件夹)

        当程序与静态库连接时，库中目标文件所含的所有将被程序使用的函数的机器码被copy到最终的可执行文件中。这就会导致最终生成的可执行代码量相对变多，相当于编译器将代码补充完整了，这样运行起来相对就快些。不过会有个缺点: 占用磁盘和内存空间. 静态库会被添加到和它连接的每个程序中, 而且这些程序运行时, 都会被加载到内存中. 无形中又多消耗了更多的内存空间.
与共享库连接的可执行文件只包含它需要的函数的引用表，而不是所有的函数代码，只有在程序执行时, 那些需要的函数代码才被拷贝到内存中。这样就使可执行文件比较小, 节省磁盘空间，更进一步，操作系统使用虚拟内存，使得一份共享库驻留在内存中被多个程序使用，也同时节约了内存。不过由于运行时要去链接库会花费一定的时间，执行速度相对会慢一些
总的来说静态库是牺牲了空间效率，换取了时间效率，共享库是牺牲了时间效率换取了空间效率，没有好与坏的区别，只看具体需要了。

        另外，.一个程序编好后，有时需要做一些修改和优化，如果我们要修改的刚好是库函数的话，在接口不变的前提下，使用共享库的程序只需要将共享库重新编译就可以了，而使用静态库的程序则需要将静态库重新编译好后，将程序再重新编译一便。

库操作的相关命令

nm

功能：
        列出编入目标文件或二进制文件的所有符号。用途一：查看程序调用什么函数；用       途二：查看一个给定的库或目标文件是否提供了所需的函数。

语法：
nm [options] file
常用选项：
-C 将符号名转换为用户级的名字。在让C++函数名可读方面特别有用。
-s 当用于.a文件时，输出把符号名映射到定义该符号的模块或成员名的索引。
-u 只显示未定义的符号，即在被检查的文件外部定义的文件。
-l  使用调试信息输出定义每个符号的行号，或未定义符号的重要位项。

ar

功能：
        将多个.o文件组合到一起成为.a文件。
语法：
ar [options] lib*.a *.o

常用选项：
-c 如果存档文件不存在，则创建，并不显示ar发出的警告。
-q 把*.o添加到存档文件末尾而不检查是否进行替换。
-r  向存档文件中插入.o文件，替换已有的任何同名文件，新成员添加到文档末尾。
-s 创建或升级从符号到.a文件之间的交叉索引映射表,并加入到.a文件中。
   等价与ranlib [*.a]。执行该命令后，可用nm –s来查看生成的索引。

ldd

功能：
    显示可执行程序运行所需的共享库。
语法
ldd [options] file
常用选项：
-d 执行重定位并报告所有丢失的函数。
-r 执行对函数和数据对象的重定位并报告丢失的任何函数或数据对象。

ldconfig

功能：
        在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)及动态库配置文件/etc/ld.so.conf中所列的目录下,搜索出可共享的动态链接库（lib*.so*）,进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件。缓存文件默认为 /etc/ld.so.cache，此文件保存了已排好序的动态链接库名字列表。
该在系统启动时会运行,而当用户安装了一个新的动态链接库时,就需要手工运行这个命令。
语法：
ldconfig [options] path

        例如：ldconfig /root/lib 让系统共享/root/lib目录下的动态链接库，即在/etc/ld.so.cache中添加指定目录下的共享库。[注意]若该目录不在/lib,/usr/lib,/etc/ld.soconf所列的目录列表里，则再次运行ldconf时，此目录下的动态链接库就不被系统共享了。
常用选项：
-v 更新/etc/ld.so.cache的内容，列处每个库的版本号，扫描的目录和所有创建和更新的链接。
-p 仅显示/etc/ld.so.cache的内容，即ld.so所知道的共享库的当前列表。
-n  ldconf仅扫描-n命令所指定的目录
-f CONF   指定动态链接库的配置文件为CONF,系统默认为/etc/ld.so.conf。
-c CACHE  指定生成的缓存文件为CACHE,系统默认为/etc/ld.so.cache。
当ldconf不带选项时，仅更新高速缓冲文件。

环境变量
$LD_PRELOAD      由空格分隔的共享库列表，在其它库之前加载，使它们有机会覆盖或
                    重新定义标准库。
$LD_LIBRARY_PATH 由冒号分隔的目录清单，都是共享库搜索时会访问的目录。