【Linux】软硬链接与动静态库
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【Linux】动静态库以及动静态链接
【Linux】基础IO_文件系统
软硬链接
软链接
我们知道，每一个文件都会有自己的inode编号，我们可以通过如下指令来查看：
ls -l -i
我们发现，每一个不同文件的inode编号都不相同，所以inode可以说是用来标识文件的标识符。接下来，我们通过下面指令来给mysoft文件，创建软链接：
ln -s mysoft mysoft-s
我们发现，创建出来的软链接文件的inode编号与源文件并不相同，并且，软链接文件的大小远远小于源文件的大小。实际上，软链接又称为符号链接，软链接文件是一个独立的文件，有自己的inode属性以及内容，软链接文件的内容就是只包含了源文件的路径名称。因此大小要比源文件要小很多。这就类似于Windows下创建的快捷方式文件。
当然，假如我们将源文件删除或者改变源文件路径后，那么软链接文件也就运行不了，因为软链接文件内仅仅只是源文件所在的路径，当源文件不在时，软链接文件也就“失效了”。如下所示:
硬链接
接下来我们来看硬链接，我们可以通过下面命令给mylink文件创建硬链接：
ln mylink mylink-h
我们发现，创建出来的硬链接文件不管是大小，还是inode编号都与源文件相同，并且那个数字也从1变成了2。可以看出来，硬链接代表的意义就是给源文件起一个“别名”，也就是说，虽然它们名字不同，但代表的都是同一个文件，因为它们的inode编号相同！。而这个数字2，就是用来统计一个文件究竟有几个“别名”。因此这里变成了2。
当然，假如此时我们将源文件的路径给更改，并不会发生什么影响，但是假如我们将源文件给删除。我们会发现，那个数字就会由2变成1，但依然可以运行。
接下来我们看一个现象：为什么目录文件硬链接数为2？
答案是很简单，因为每一个目录文件，即使是个空目录，里面也一定有如下内容：当前路径文件.和上级路径文件..。
当然，假如我们在B目录文件下再建立一个新的路径文件，那么B的硬链接数就会由2变成3，因为新的路径文件下都会有一个..文件，..标识上级路径，也就是B，因此B的硬链接数会由2变3。
这里有一点需要注意：我们可以给普通文件创建硬链接，但不能给目录文件创建硬链接，因为假如能给目录文件建立硬链接，就容易发生环路路径问题。
软硬链接的区别
- 软链接又称为符号链接，是一个独立的文件，有单独的inode编号，该文件的内容为目标文件的路径。
- 硬链接是将不同的文件名关联到同一个inode节点，名字不同，但都是指同一个文件。
- 软链接可以给目录创建，但硬链接不可以给目录创建
- 删除原目标文件后，软链接文件会收到影响，会“失效”，但硬链接文件不受影响，依然可以正常运行，仅仅只是硬链接数-1。
- 硬链接的文件属性类型与原文件保持一致，而软链接文件的属性类型为l,l表示链接文件
- 软链接的大小很小，硬链接的大小与原目标文件一致，因为硬链接文件本身就是原目标文件的“别名”。
动静态库
什么是库文件？
我们在编写C/C++代码时，实际上一直都在用库（c/c++标准库），在编写代码时，有很多库函数诸如printf等，我们为什么能直接拿来用呢？是因为我们包含了各自对应的头文件，而头文件的内容包含了该函数的声明，具体的实现方法则在库文件中，在链接阶段，我们经过编译后的.o文件会与库文件进行合并，最终形成可执行程序。
因此，可以这么来说：库文件中提供函数的实现方法，而头文件中提供函数说明。两者配套使用。实际上，库其实就是大量方法文件形成的.o文件的集合。
为什么要存在库？
库的存在就是为了提高开发效率，举个例子，假如没有c/c++标准库，我们在写代码时就要手动将printf、cout等高频函数的实现方法进行编写，这样就大大减少了我们的开发效率。
而且假如在日常开发中，假设别人想要使用我们实现的一些接口，但是我们又不想让别人看到我们是如何实现的，此时我们就可以将接口的实现打包成一个库，然后直接将库文件和对应头文件发送给对方即可。
库又分为动态库和静态库，两者的优缺点在之前的文章已经详细讲解<<点击跳转>>，这里主要讲如何库的使用和原理。
如何制作和使用第三方库
第一方库：语言提供的库（如c/c++标准库）
第二方库：操作系统提供
第三方库：other提供，比如我们接下来自己制作的动静态库
静态库的打包
静态库的打包主要分为两个步骤：
- 将存放方法的源文件进行编译，编译后（含预处理--编译--汇编）生成.o为后缀的可重定位二进制目标文件。（gcc -c）
- 将所有的.o文件使用ar -rc指令，进行打包形成静态库。
- 将静态库与头文件压缩后发送给他人即可供他人使用
这里我简单举个例子：
假如我自己写了一个Add和Sub接口的实现，然后其他人想直接用我们的接口，此时我们想在不将方法的具体实现暴露出来，仅仅是将接口的功能给他人使用，此时我们就可以打包成库，发送给别人即可。如下图：
第一步：使用g++ -c的指令，将方法实现的源文件进行编译后生成.o结尾的可重定位二进制文件：
第二步：使用ar -rc 指令将所有的.o文件进行打包
注意：ar是gnu归档工具，通常用指令ar -rc来进行静态库打包。而ar -tv指令则可以查看静态库的内容。如下：
接下来，我们再将所有的头文件都放在同一个文件下，如下所示：
第三步：使用tar指令将库文件与头文件进行压缩，然后发送给其他人 使用即可
静态库的使用
此时我们切换身份，我们作为otherPeople，我们想要使用这个静态库，该如何使用呢？
第三方库的使用规则
首先，任何第三方库的使用，必须在编译时要标注三个要素：库所在的路径、对应头文件的路径、要链接的库名（库名需要去掉前缀与后缀）。
第一种方式使用静态库：编译时手动指定
| gcc/g++编译选项 | 含义 |
| -L | 指定库所在的路径 |
| -I（大写i） | 指定头文件所在路径 |
| -l（小写L） | 指定库名称（去掉前后缀） |
如下，假如我要使用这个静态库，我先将这个压缩包解压：
接下来我们进行g++编译，这里编译时我们手动指定所需要的库名（-l）、库路径（-L）、头文件路径（-I）。
对于静态库的使用，还有第二种方法如下：
第二种方式使用静态库：将头文件以及库文件安装在系统目录
由于gcc/g++在编译时，会默认去系统目录搜索，进行路径匹配，这也是为什么我们平常用c/c++标准库时，编译时不需要再指定库路径和头文件路径。
库所在系统路径：/lib64
头文件所在系统路径：/usr/include
这里需要注意的是，一般我们不要轻易修改系统的环境，因此我们用完后要手动删除，否则会一直存在。
动态库的打包
上面讲了静态库的打包和使用，接下来将动态库的打包和使用，以及动态库链接的原理。
动态库的打包分为以下几个步骤：
- 将存放方法的源文件进行编译，编译后（含预处理--编译--汇编）生成以.o为后缀的可重定位二进制目标文件。同时在编译时生成与位置无关码。（gcc/g++ -c -fPIC）
- 直接gcc/g++对所有的.o文件进行编译，同时加上-shared选项，打包成动态库即可。（gcc/g++ -shared）
- 将动态库与头文件压缩后发送给他人即可供他人使用
以上静态库例子打包成动态库，步骤如下所示：
紧接着我们可以将动态库与头文件进行压缩，将压缩包给other用户，供他人使用。
这里有一点需要注意，就是我们一般会把头文件，单独放在一个目录，库文件单独放在一个目录。（上面静态库的例子忘记了，这里说一下。）
动态库的使用
接下来我们已other的身份，进行使用动态库，我们先将压缩包进行解压，然后进行编译，编译时指定头文件、库文件的路径，以及库名。
虽然可以正常编译，但是此时我们运行可执行程序，就会出现如下报错：
这是因为我们在编译时，仅仅只是告诉了编译器，但是OS并不知晓，OS只会在系统路径，以及当前所在路径下进行查找头/库文件。因此此时会报错。（静态链接并不会，因为生成的可执行程序的运行，不会依赖库），这时常用的解决方法有如下几种：
1、将库文件拷贝到系统路径
此时我们假如将我们的第三方动态库，拷贝到系统路径/lib64下，即可正常运行。如下：
需要注意的是，我们一般不会对系统环境进行更改，用完后要进行删除，否则的话，下一次重新登陆，系统路径下还是会存在我们自己的第三方库。
2、将库路径导入环境变量LD_LIBRARY_PATH中
用export指令，将库路径（绝对路径）导入环境变量LD_LIBRARY_PATH中，如下：
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/qidunyan/linux-exercise/test_23_06/test_23_0607/otherPeople/mylib/此时程序依然可以正常运行
该方法的好处就是用完后，我们不需要对该环境变量进行删除库的路径，因为下次重新登陆时，该环境变量会被更新。
3、对系统配置文件/etc/ld.so.conf.d进行更改
系统配置文件/etc/ld.so.conf.d中存放的都是以.conf为后缀的文件，该文件内存放的是路径。我们只需要将动态库的绝对路径，放在一个以.conf为后缀的文件中，再将该文件拷贝到系统配置文件内即可。如下：
但是此时运行的话，依然会显示失败，因为我们没有对配置文件进行更新，我们只需要输入指令：ldconfig，进行更新配置文件即可。
当然，我们为了不污染系统环境，使用完后也要记得手动删除，否则会一直存在。
动静态库链接的原理
为什么静态链接生成的可执行程序，不会依赖库文件呢？因为在编译阶段会将库中方法的代码加载到可执行程序中，这样就会出现一个情况，假如同一个方法比如printf，被调用了多次，这也就会导致printf实现的代码，被重复复制了多次，出现大量冗余重复的代码，这也就是为什么静态链接生成的可执行程序体积大小非常大的原因。
而动态链接则不是这样，程序在链接动态库时，会通过库的起始地址+偏移量，来找到函数方法所在的位置，而这个偏移量，就是我们生成的与位置无关码。其实就是0 1 2 3 4...这样的偏移量，也就是说，只要知道库的起始地址，就能根据0 1 2 3...这样的偏移量，来找到各自的方法。为什么叫与位置无关码呢？因为库被映射到地址空间的地址是不确定的，但是偏移量是固定的，这样不管库被映射到哪个地址，通过偏移量都可以找到函数所在的位置。（举个例子，假如我对你说，我距离你10米远，那么不管你的位置在哪里，只需要从你的位置+10米，就可以找到我，这个10米，就类似位置无关码）
而在程序运行时，动态库会被加载到物理内存，同时会通过页表映射到进程对应的地址空间中的共享区。此时动态库的地址也就有了。且同一个方法，它的库地址+偏移量相同，所以代码只需要存在一份即可，避免了代码冗余。同时假如存在多个进程同时运行且使用同一个库，那么动态库也只需要在内存中加载一份，然后映射到各自的共享区，通过库地址+偏移量就可以跳转到方法的实现。大大节省了空间的使用。
补充
云服务器默认只存在动态库，因此我们若想使用C/C++静态库，需手动安装
安装C/C++静态库
sudo yum install -y glibc-static
sudo yum install -y libstdc++-static另外，我们需要知道以下几点：
gcc/g++默认采用动态链接，但是假如只存在静态库，则gcc/g++只会进行静态链接,同样，只存在动态库，也只能进行动态链接（即使我们加上 -static）。
而若动静态库同时存在，则gcc/g++会默认进行动态链接。也可以手动指定进行静态链接（-static）
end.
生活原本沉闷，但跑起来就会有风！