Linux打包和使用动静态库

库

在我的理解里，库就是别人写的代码，比如库函数，第三方库，包括之后会用到的网络库，这些都是别人写的，我们只是拿过来使用而已。

• 那为什么我们要使用别人的代码呢？

为了开发效率和代码的健壮性。

张三手写一个STL给李四用，李四敢用吗,肯定是不敢用的，需要STL时肯定是使用库里的。

我们使用的printf也是借助了C语言提供的库。

• 那我们要如何使用别人的功能？

借助库、开源代码、和网络。下面我们主要了解库的使用。

如果别人要用我们的功能，我们又不想给源码，就可以把源码打包成一个库给对方用。

• 库是什么？

一组.o文件的集合，或者说.obj文件（windows下）的集合，也就是链接生成可执行文件时用到的文件

这篇博客的gcc部分探究了生成可执行程序的各个过程Linux中gcc、g++、gdb以及make/Makefile的使用_

• 库的种类

链接分为动态链接和静态链接，库分为动态库和静态库。静态链接是一个过程，这个过程中用到的库就是静态库，动态链接同理。

• 使用库的时候

链接简述

清晰的理解链接需要编译原理的知识，如果想要深入探究其各个细节，可参考**《程序员的自我修养》**这本书，书上详细介绍了目标文件，以及可执行程序是怎么来的，eof文件格式与进程地址空间的联系。（太底层了，我当前对其各个步骤也不过是一知半解，自然是无法阐述清楚的）

链接过程简述

链接过程简单概括为地址和空间分配，符号解析和代码重定位。

符号指的是变量，函数名等，符号解析将符号的定义和符号的引用建立联系。

重定位我简单理解为可以准确的运行我们的程序，比如一个函数，我们可以精准的找到函数入口的地址并进行运行。

• 符号解析后生成符号表，linux下查看符号表

• 代码的重定位，我们运行的指令都有其对应的地址，比如我们进入一个函数就是跳到一个表示函数入口的地址，代码变化指令也会跟着变化，地址自然就变化了，比如foo前面一开始有4条代码，修改后有5条，那对应的指令和地址可能都要发生变化，函数入口就变化了，此时的代码里重新计算地址的过程就叫做重定位。如果有多个模块，成千上万行代码，修改这个地址的工作就是庞大的，早期还是人工改，现在都交给链接器了。

静态链接

静态链接是指编译阶段把静态库的代码加入到可执行文件中，或者说把用到的函数的全部链接到可执行文件中(但是链接器是以文件为单位进行操作的，比如要用printf就得链接所有包含printf的文件)。这样生成的可执行文件不需要借助外部的库，生成后可以直接使用，这就是静态链接。缺点是文件比较大，每次更新都得重新编译，优点是运行较快。

把需要的代码和数据全拷贝到本模块。

动态链接

动态链接是什么时候要用到库里的东西就什么时候去找，存的也只是索引和相关的部分信息，所以占用空间不大。好处是占用空间小，所有的程序可以共用同一个库，更新也比较方便，缺点就是比较慢。如果我们有及时上百个进程都用了同一个库，那相比静态链接就大大节省了空间。

动态库可以被多个进程共享，与进程地址空间里的共享区有关。

动静态链接的例子

gcc -o 命令默认动态链接，加上-static选项就表示静态链接，可通过file命令查看链接属性。

#include 

int main()
{
  int a=1;
  printf("%d\n",a);

  return 0;
}

下图的高清图片

ldd命令，查看程序或者库文件所依赖的共享库，即打印动态链接依赖的库列表。

libc.so.6，把lib和so去掉，中间剩下的c就是库名，.so就表示动态库，.a表示静态库，.6是主版本号。

小结

静态链接会拷贝代码和数据，再将其链接进可执行文件，因为链接器的操作单元又是文件，所以静态的链接的文件一般都较大，优点是快（不用去库里找东西自然快），不需要依赖外部（库丢失了也能跑）。但是不好更新，每次更新都得重新编译，比如包含了这个库里的某个函数的文件就全得更新。

动态链接就是啥时候要就啥时候找，链接器看到动态链接的符号也会去找，只不过不分配地址，重定位的操作等到了程序装载时才做。但因为是通过索引去找，所以多个进程可以共享一个库（库丢失就跑不了了），一些场景下可以大大节省空间资源，更新时也方便，只用编译相对应的模块。

生成动静态库

下面的例子借助这四个文件来生成动态库和静态库

add.h

#pragma once 

int add(int x,int y);

add.c

#include"add.h"

int add(int x,int y)
{
  return x+y;
}

sub.h

#pragma once 

int sub(int x,int y);

sub.c

#include"sub.h"
int sub(int x,int y)
{
  return x-y;
}

生成静态库

下面以一个例子说明生成静态库的操作，我们利用ar工具把两个C文件打包成一个静态库。静态库里放.o文件，可以做到不暴露源码，再建一个目录放头文件，告诉使用者里面有哪些方法可以用。

具体操作

生成的静态库名为libmymath.a.1，后面的1表示版本号，建议我们自己打包库的时候去掉版本号，不然后面使用的时候会显示找不到库…(也不知道为啥会找不到，网上查阅资料后发现静态库一般都把版本号写在文件里，再通过strings+文件里添加字符串version来标识文件是哪个版本，也有利用命令行参数来打印版本号的)

随笔记录：vim分屏命令是vs,ctrl+w+w可以切换窗口。

使用静态库

gcc -o main main.c  -I ./include -L ./lib -lmymath -static

-I指定去哪找头文件，-L指定去哪找库文件，-l+库名表示去找哪个库

关于库的搜索路径链接静态库文件时的搜索路径

因为默认路径的缘故，gcc编译C代码都不用加-I（大写的i） -L -l等选项。

生成动态库

多个进程可以共享一个多态库。

动态库上面提到是要的时候再去找，所以多个进程用动态库时用的都是同一份代码，合理的节省了资源。

进程数很多时节省的资源是可观的，静态链接用不到共享区

具体操作

-fPIC作用于编译时期，产生与位置无关的代码，编译后的代码用的是相对地址。

用相对地址的原因：共享库加载进内存的位置是不确定的，如果不加-fPIC选项，可能生成带有绝对位置的代码，那链接器链接时可能就需要去重新定位各个符号的位置，那共享库的代码可能就发生了变化，我们的程序此时就要去维护这段发生了变化的代码，维护进行的操作就是拷贝一份，那动态链接的作用就不大了（动态链接本来是要用的时候直接用库里的，现在我程序自身要维护一份更改后的代码，显然是不合理的），所以与位置无关的代码其实就是使用了相对地址的代码，这么做与elf文件的格式有关（借助了elf文件里面的“段”）。可以简单理解为规定了一根线，关于地址的坐标都是相对于这根线的，不管我程序加载到内存的哪个位置，只要通过计算这根线到当前位置的距离就可以获取到（算出）正确的位置。真正清晰的理解需要了解elf文件的格式，编译原理、链接器的相关知识。

c++ - GCC -fPIC option - Stack Overflow

查看动态库下有哪些函数：readelf -s和nm -D命令

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Makefile

将上面的操作写到makefile里

libmymath.so:add.o sub.o
	gcc -shared -o $@ $^

add.o:add.c
	gcc -c $^ -o $@ -fPIC
sub.o:sub.c
	gcc -c $^ -o $@ -fPIC 

.PHONY:display
display:
	nm -D libmymath.so #查看生成的动态库里的函数方法

.PHONY:clean
clean:
	rm -f libmymath.so add.o sub.o

.PHONY:package
package:
	mkdir -p library ;\#反斜杠是为了一个进程内跑多个命令，不然的话多行命令会在不同的Shell下运行
	mkdir -p library/lib;\
	mkdir -p library/include;\
	cp *.h  library/include;\
	cp libmymath.so library/lib;\
	tree library

使用Makefile构建文件

.PHONY是内置目标名

使用动态库

记我们写的程序为main.c

#include 
#include"add.h"
#include"sub.h"
int main()
{
  int a=add(0,1);
  printf("%d\n",a);

  return 0;
}

在环境变量下加入依赖的动态库的路径

ldd命令用于打印程序或者库文件所依赖的共享库列表

此外还有把我们库的路径加入到系统的默认路径下，或者像下面这种自己写一个conf文件加入到etc目录下的ld.so.conf.d里面。但是这两种都不推荐，因为加入的同时污染系统的配置，不过一些情况下图方便也可以选择这么做。