Linux C/C++语言头文件、库文件的查找路径

Linux  C/C++语言头文件、库文件的查找路径 

在程序设计中，文件包含是很有用的。一个大的程序可以分为多个模块，由多个程序员分别编程。有        些公    用的符号常量或宏定义等可单独组成一个文件，在其它文件的开头用包含命令包含该文件即可使        用。这样，可避免在每个文件开头都去书写那些公用量，从而节省时间，并减少出错。

对文件包含命令还要说明以下几点：
1. 包含命令中的文件名可以用双引号括起来，也可以用尖括号括起来。例如以下写法都是允许的：
    #include"stdio.h"
    #include
    但是这两种形式是有区别的：使用尖括号表示在包含文件目录中去查找(包含目录是由用户在设置环境时    设置的)，而不在源文件目录去查找；
    使用双引号则表示首先在当前的源文件目录中查找，若未找到才到包含目录中去查找。用户编程时可根据    自己文件所在的目录来选择某一种命令形式。
2. 一个include命令只能指定一个被包含文件，若有多个文件要包含，则需用多个include命令。
3. 文件包含允许嵌套，即在一个被包含的文件中又可以包含另一个文件。

1.include<头文件名>和include"头文件名"

如：include和include"stdio.h"

前者（使用<>），来引用stdio.h文件，是首先检索标准路径，看看这些文件夹下是否有该头文件；如果没有，也不会检索当前文件所在路径，并将报错。

后者（使用""），来引用stdio.h文件，是首先检索文件的当前路径；如果没有，再检索标准路径，看看这些文件夹下是否有该头文件。

2.linux下，上述标准路径有：/usr/include，/usr/local/include。

3.。如，等。其中，前面的字符串（如sys,net）表示标准路径下的文件夹名，后面的字符串（如io.h,ethernet.h），表示在linux标准路径下的各文件夹下的头文件名，如sys文件夹下的io.h文件，即我们可以在/usr/include/sys目录下发现io.h文件。

linux博大精深，需要慢慢积累。

4.如果想在指定路径下检索头文件，可加选项-I。如我的/home/Desktop目录下有个头文件local1.h，在编译包含local1.h的test.c文件时，可用：gcc test.c -o test -I /root/Desktop。 

一、讨论环境
＊操作系统：Redhat5/Fedora14

＊编译器：gcc 4.5.1

以下言论仅确保在以上环境中适用。别的环境，大家可以通过类比方法，得到启示。

 

二、C语言头文件的查找路径
C语言，使用include指令，包含头文件，但又细分两种形式：

１、形式一：#include “file1”
　　gcc先在当前目录（指包含本条#include指令的源文件所在的目录）寻找file1，如果找不到，继续在由-iquote选项（如果有的话）指定的目录中寻找file1。

　　例如，在文件/usr/include/sys/stat.h中，包含指令#include “types.h”，那么gcc先在/usr/include/sys目录下寻找types.h文件。嗯，在该目录下，确实存在一个types.h的文件。现假设我们把这个文件移动到另一个目录：mv /usr/include/sys/types.h /bar/foo/，我们在编译时，可以通过-iquote选项，在不改变stat.h的情况下，正常编译（当然，通常不建议这样做）：

gcc -iquote /bar/foo -I/usr/include/sys *.o

２、形式二：#include 
　　gcc按照以下顺序查找file2：

-Idir1 -Idir2 ... 
/usr/local/include 
libdir/gcc///include 
/usr//include 
/usr/include 
第一行中，-Idir1 -Idir2 ... 是用户通过gcc的-I选项指定的目录。值得一提的是，放在/usr/local/include/下的头文件也会被gcc自动的检索，这与/usr/local/lib/目录下的库处理方式是不一样的（gcc的链接器在运行时阶段不会自动查找该目录下的库文件，下一节会提到）。

 

三、C语言库文件的查找路径
C语言库文件的查找路径，又分为两个阶段：链接阶段、运行时阶段。

１、链接阶段（link time）
　　此阶段，需要告诉编译器，在哪里找到库文件？以静态还是动态的方式链接库文件？默认情况下使用动态方式链接，这要求存在对应的.so动态库文件，如果不存在，则寻找相应的.a静态库文件。若在编译时向gcc传入-static选项，则使用静态方式链接，这要求所有库文件都必须有对应的*.a静态库。

　　那么，是否可以令某些库使用动态链接，另一些库使用静态链接？不太确定，请参考ld的使用手册，我没有这样用过。

　　切入正题，在链接阶段，gcc编译器如何寻找库文件呢（linker本身并没有默认的查找路径，这些查找路径是由gcc传递给linker的）？大家可以在编译时，向gcc加入-v选项来观察它向linker传递的库文件查找路径（观察LIBRARY_PATH变量的值），通常查找路径如下：

任何由-rpath-link或-rpath选项指定的目录 
LD_RUN_PATH（如果没有找到-rpath或-rpath-link选项） 
-Ldir1 -Ldir2 ... 
/usr/lib/gcc/// 
/usr/lib/ 
第一行-rpath-link与-rpath选项的区别在于，-rpath选项指定的目录被硬编码到可执行文件中，-rpath-link选项指定的目录只在链接阶段生效。由于这两个选项都是链接器ld的选项，如何从gcc中向ld传递这两个选项？方法如下（更从细节参考gcc的-Wl选项）：

gcc -Wl, -rpath, /usr/local/lib

这相当于向ld向传递了如下参数：

ld -rpath /usr/local/lib

第二行，如果没有设置-rpath或-rpath-link选项，则查找LD_RUN_PATH环境变量指定的目录，并把它当作-rpath选项来处理。第三行-Ldir1 -Ldir2 ...，是我们通过gcc的-L选项向其指定的库文件查找路径，查找顺序按照我们传递的-L参数从左到右进行搜索；第四行属于gcc自己的库目录；第五行/usr/lib/是Linux系统默认的系统库文件的目录。第四、第五行，都是gcc自动向linker传递的查找目录。例如我现在的机器上，使用gcc -v可以看到LIBRARY_PATH变量值为：

LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/i686-redhat-linux/4.5.1/:/usr/lib/

但是这并不是全部真理！根据我自己的测试，我发现gcc会把/usr/local/lib/目录也作为链接阶段的查找路径，这正是问题的根源——我们在链接过程中，使用到了/usr/local/lib/里面的一些库文件，但在运行时阶段，却说找不到该库文件。

２、运行时阶段（runtime）
　　仅当可执行程序采用动态的方式链接库文件时，才会存在运行时库文件的查找问题。对于这种可执行程序，它本身只是记录动态库的名称。所以在运行该程序时，操作系统的加载程序（ld.so）需要根据库的名称，在必要时加载库文件到内存中。

　　在linux中，在运行时阶段，动态库(又叫共享库)的查找路径如下：

-rpath选项指定的目录（已被硬编码到可执行文件中） 
LD_LIBRARY_PATH 
/lib或/usr/lib 
系统默认的查找路径 
我们可以通过readelf查看被硬编码到可执行文件中的rpath：

$ readelf -d <可执行文件名>                #Display the dynamic section (if present)

LD_LIBRARY_PATH则没有这个问题，但是通常我们不建议使用这个环境变量，因为修改这个变量意味着影响所有依赖于这个环境变量的程序（如果非要使用，请把这个环境变量写在启动脚本中，并且让它只影响脚本中的程序）。

　　那么系统默认的查找路径又是怎样的？在Redhat5/Fedora14中，ld.so通过读取/etc/ld.so.cache文件来查找库文件的位置，如果没有找到则继续从/etc/ld.so.conf文件中指定的目录查找。这个ld.so.cache文件相当于一个key-value的数据库，key就是动态库的名称，value就是这些库的存放路径。

　　那么/etc/ld.so.cache文件是怎么生成的呢？这就要谈到ldconfig这个工具程序了。ldconfig是动态链接库的配置工具，使用它可以更新/etc/ld.so.cache文件，也可以查看这个文件中的key-value信息（使用ldconfig -p），ldconfig的使用细节，请参考它的使用手册。总结一下系统默认的查找路径：

/etc/ld.so.cache 
/etc/ld.so.conf文件中指定的目录 
四、参考资料
man ld 
man ldconfig 
http://gcc.gnu.org/onlinedocs/cpp/Search-Path.html 
http://www.eyrie.org/~eagle/notes/rpath.html 

本文介绍在linux中头文件的搜索路径，也就是说你通过include指定的头文件，linux下的gcc编译器它是怎么找到它的呢。在此之前，先了解一个基本概念。

    头文件是一种文本文件，使用文本编辑器将代码编写好之后，以扩展名.h保存就行了。头文件中一般放一些重复使用的代码，例如函数声明、变量声明、常数定义、宏的定义等等。当使用＃include语句将头文件引用时，相当于将头文件中所有内容，复制到＃include处。#include有两种写法形式，分别是：

#include <> ： 直接到系统指定的某些目录中去找某些头文件。

#include “” ： 先到源文件所在文件夹去找，然后再到系统指定的某些目录中去找某些头文件。

    

    #include文件可能会带来一个问题就是重复应用，如a.h引用的一个函数是某种实现，而b.h引用的这个函数却是另外一种实现，这样在编译的时候将会出现错误。所以，为了避免因为重复引用而导致的编译错误，头文件常具有：

#ifndef    LABEL

#define    LABEL

    //代码部分

#endif

的格式。其中LABEL为一个唯一的标号，命名规则跟变量的命名规则一样。常根据它所在的头文件名来命名，例如，如果头文件的文件名叫做hardware.h，那么可以这样使用：

#ifndef    __HARDWARE_H__

#define    __HARDWARE_H__

  //代码部分

#endif

这样写的意思就是，如果没有定义__HARDWARE_H__，则定义__HARDWARE_H__，并编译下面的代码部分，直到遇到#endif。这样当重复引用时，由于__HARDWARE_H__已经被定义，则下面的代码部分就不会被编译了，这样就避免了重复定义。

 

    一句话，头文件事实上只是把一些常用的命令集成在里面，你要用到哪方面的命令就载入哪个头文件就可以了。

 

    gcc寻找头文件的路径(按照1->2->3的顺序)

    1. 在gcc编译源文件的时候，通过参数-I指定头文件的搜索路径，如果指定路径有多个路径时，则按照指定路径的顺序搜索头文件。命令形式如：“gcc -I /path/where/theheadfile/in sourcefile.c“，这里源文件的路径可以是绝对路径，也可以是相对路径。eg：

设当前路径为/root/test，include_test.c如果要包含头文件“include/include_test.h“，有两种方法：

1) include_test.c中#include “include/include_test.h”或者#include "/root/test/include/include_test.h"，然后gcc include_test.c即可

2) include_test.c中#include 或者#include ，然后gcc –I include include_test.c也可

 

    2. 通过查找gcc的环境变量C_INCLUDE_PATH/CPLUS_INCLUDE_PATH/OBJC_INCLUDE_PATH来搜索头文件位置。

 

    3. 再找内定目录搜索，分别是

/usr/include

/usr/local/include

/usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/include

最后一行是gcc程序的库文件地址，各个用户的系统上可能不一样。

    gcc在默认情况下，都会指定到/usr/include文件夹寻找头文件。

    gcc还有一个参数：-nostdinc，它使编译器不再系统缺省的头文件目录里面找头文件，一般和-I联合使用，明确限定头文件的位置。在编译驱动模块时，由于非凡的需求必须强制GCC不搜索系统默认路径，也就是不搜索/usr/include要用参数-nostdinc，还要自己用-I参数来指定内核头文件路径，这个时候必须在Makefile中指定。

    4. 当#include使用相对路径的时候，gcc最终会根据上面这些路径，来最终构建出头文件的位置。如#include 就是包含文件/usr/include/sys/types.h