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標(biāo)題: gcc生成靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫 [打印本頁]

作者: 51hei單片 時(shí)間: 2016-3-13 17:20
標(biāo)題: gcc生成靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫
gcc生成靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫

一、庫文件簡介

簡單地說，庫（Library）就是一組已經(jīng)寫好了的函數(shù)和變量、經(jīng)過編譯代碼，是為了能夠提高開發(fā)效率和運(yùn)行效率而設(shè)計(jì)的。庫分為靜態(tài)庫（Static Library）和共享庫（Shared library）兩類。靜態(tài)庫文件的擴(kuò)展名是.a，共享庫文件的擴(kuò)展名是.so（在CYGWIN環(huán)境下，分別叫做.o和.dll）。共享庫現(xiàn)在常常被叫做動(dòng)態(tài)庫，是由于很多人借用了MS Windows的DLL（Dynamic Linked Library）這個(gè)詞。
（1）靜態(tài)庫
   靜態(tài)是指每個(gè)用到該庫的應(yīng)用程序都擁有一份自己的庫拷貝；應(yīng)用程序運(yùn)行的時(shí)候，即使將庫刪除也沒有問題，因?yàn)閼?yīng)用程序自己已經(jīng)有了自己的拷貝。
（2）共享庫
   一個(gè)共享庫有可能被多個(gè)所有應(yīng)用程序共享。因此，對(duì)每個(gè)應(yīng)用程序來說，即使不再使用某個(gè)共享庫，也不應(yīng)將其刪除。此外，應(yīng)用程序需要正確的環(huán)境變量設(shè)置（LD_LIBRARY_PATH），從而找到共享庫所在的位置，否則，應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)會(huì)報(bào)告找不到這個(gè)庫。

二、關(guān)于使用庫的問題

   如果庫是已經(jīng)編譯好的，那么如何在開發(fā)、運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)使用呢？頭文件和庫文件所在的路徑，必須通過適當(dāng)?shù)姆绞酵ㄖo編譯器、鏈接器和相關(guān)的應(yīng)用程序。
   對(duì)于靜態(tài)庫來說，主要涉及開發(fā)工具，如gcc。例如，用gcc編譯、鏈接時(shí)，需要通過適當(dāng)?shù)穆窂秸业筋^文件和靜態(tài)庫文件；實(shí)現(xiàn)的方法有兩種：
gcc 的命令行參數(shù)（-I, -L）
shell的環(huán)境變量（C_INCLUDE_PATH, LIBRARY_PATH
   對(duì)于共享庫來說，程序在運(yùn)行時(shí)，如果用到了動(dòng)態(tài)庫，也需要找到對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫文件；實(shí)現(xiàn)的方法：
shell的環(huán)境變量（LD_LIBRARY_PATH）
1） gcc命令行參數(shù)（-I, -L）
   默認(rèn)情況下，gcc會(huì)自動(dòng)搜索下面的路徑：
對(duì)頭文件：
/usr/local/include/
/usr/include/
對(duì)庫文件：
/usr/local/lib/
/usr/lib/
   但是由于系統(tǒng)管理員對(duì)系統(tǒng)安裝路徑有不同的配置，或者對(duì)于如64位系統(tǒng)等情況，上述路徑對(duì)于一臺(tái)具體的計(jì)算機(jī)來說可能不同。如果開發(fā)者還有自己工程所需的頭文件和庫文件，就要用gcc的-I和-L來指定對(duì)應(yīng)的路徑。如果需要鏈接庫，還要用-l選項(xiàng)。
   例如：如果工程涉及到GDBM（GNU DataBase Management）包，需要libgdbm庫，而系統(tǒng)中安裝GDBM的路徑是：
頭文件：/opt/gdbm-1.8.3 /include
庫文件：/opt/gdbm-1.8.3/lib/
   那么，gcc的命令參數(shù)是：
$gcc … -I/opt/gdbm-1.8.3/include -L/opt/gdbm-1.8.3/lib –lgdbm
   注意：為保證兼容性，必須堅(jiān)決杜絕在C/C++源文件的#include語句中或者其他相關(guān)語句中使用上述路徑。
2） shell環(huán)境變量（Environmental Variable）
   除了用命令行參數(shù)，還可以用環(huán)境變量來指示gcc搜索適當(dāng)?shù)穆窂健６捎赟hell的不同，環(huán)境變量的設(shè)置方法也不同。常用的Shell有Bash, Csh和Tcsh。
（1）Bash
   對(duì)于Bash來說，除了由系統(tǒng)管理員配置的內(nèi)容以外，每個(gè)用戶的用戶目錄（$HOME）下，有個(gè).bash_profile文件。可在該文件內(nèi)，增加下面的兩個(gè)語句來設(shè)置GDBM頭文件路徑的環(huán)境變量：
C_INCLUDE_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/include
export C_INCLUDE_PATH
   類似地，在該文件內(nèi)用下面的兩個(gè)語句來設(shè)置庫文件路徑的環(huán)境變量：
LIBRARY_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/lib
export LIBRARY_PATH
   在.bash_profile中有了上述語句以后，就不用再使用-I和-L來搜索特定包的路徑了。但是鏈接庫的時(shí)候，還是要用-l選項(xiàng)。
$gcc … –lgdbm
   在Bash下，要檢查有什么樣的環(huán)境變量，可用env命令。
$env
（2）Csh和Tcsh
   如果是Csh或Tcsh，對(duì)環(huán)境變量的設(shè)置方法就不同了。在用戶的（$HOME）目錄下，相關(guān)的一些文件如下：
.cshrc 每次進(jìn)入Csh時(shí)的啟動(dòng)(Startup)文件
.tcshrc 每次進(jìn)入Tcsh時(shí)的啟動(dòng)(Startup)文件（在Tcsh下，如果沒有這個(gè)文件，系統(tǒng)會(huì)用.cshrc文件代替）
.login 每次登錄Shell時(shí)的啟動(dòng)(Startup)文件
   在Csh和Tcsh下，分為Shell變量和環(huán)境變量；前者是用來設(shè)置Shell本身的，而后者則是供其他程序使用的。一般習(xí)慣是：Shell變量在.cshrc中定義，而環(huán)境變量則在.login文件中定義。
   定義Shell變量的方法是在.cshrc或.tcshrc中用set語句：
set history = 20
   定義環(huán)境變量的方法是在.login文件中用setenv語句。對(duì)于上面關(guān)于GDBM的例子：
setenv C_INCLUDE_PATH /opt/gdbm-1.8.3/include
setenv LIBRARY_PATH /opt/gdbm-1.8.3/lib
   在Csh和Tcsh下，可以用setenv命令來查看設(shè)置了哪些環(huán)境變量（如果要看Shell變量，要用set命令）。
注意：
- 設(shè)置Shell變量時(shí)要用“=”號(hào)；
- 設(shè)置環(huán)境變量時(shí)，變量名與實(shí)際值（這里是真實(shí)路徑）之間沒有“=”號(hào);
- 不需要export。
3）使用共享庫
   使用共享庫的應(yīng)用程序，要通過環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH找到對(duì)應(yīng)的共享庫文件。與其他環(huán)境變量一樣，對(duì)LD_LIBRARY_PATH也要根據(jù)shell的種類和庫文件的實(shí)際路徑進(jìn)行設(shè)置。但是，必須注意的是，與一般的環(huán)境變量不同，LD_LIBRARY_PATH的值，是已經(jīng)安裝了的所有共享庫的路徑，因此，在Bash下，不能簡單地用下面的辦法：
LD_LIBRARY_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/lib 錯(cuò)誤！
export LD_LIBRARY_PATH
   而必須用：
LD_LIBRARY_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export LD_LIBRARY_PATH
   這樣，就把其他共享庫的路徑也一起加入進(jìn)來了。同樣地，在Csh和Tcsh下，
setenv LD_LIBRARY_PATH /opt/gdbm-1.8.3/lib:$LD_LIBRARY_PATH

三、關(guān)于庫生成的問題
我們通常把一些公用函數(shù)制作成函數(shù)庫，供其它程序使用。函數(shù)庫分為靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫兩種。靜態(tài)庫在程序編譯時(shí)會(huì)被連接到目標(biāo)代碼中，程序運(yùn)行時(shí)將不再需要該靜態(tài)庫。動(dòng)態(tài)庫在程序編譯時(shí)并不會(huì)被連接到目標(biāo)代碼中，而是在程序運(yùn)行是才被載入，因此在程序運(yùn)行時(shí)還需要?jiǎng)討B(tài)庫存在。

（1）靜態(tài)庫
   簡單地說，靜態(tài)庫是一個(gè)目標(biāo)文件的簡單集合。因此，首先要解決目標(biāo)文件。
   第一步：將各函數(shù)代碼所在的源文件編譯成目錄文件。
   例如，對(duì)于myfunc.c, myproc.c
gcc -c myfunc.c myproc.c
將得到myfunc.o和myproc.o。
   第二步：由ar（archive，歸檔的意思）把多個(gè)目標(biāo)文件集合起來。
$ar -r libmyjob.a myfunc.o myproc.o
   通常，靜態(tài)庫的命名方式應(yīng)遵守libXXXXX.a格式。應(yīng)用程序在使用靜態(tài)庫的時(shí)候，通常只需要把命名中的XXXXX部分傳遞給gcc即可。例如：
$gcc –o mywork –lmyjob …
   意為讓gcc（實(shí)際上是gcc調(diào)用ld）去連接一個(gè)名字為libmyjob.a（或者libmyjob.so）的庫。如果庫的命名不遵循 libXXXXX.a的格式就找不到相應(yīng)文件。
例子：創(chuàng)建靜態(tài)庫
hello.h為該函數(shù)庫的頭文件。hello.c是函數(shù)庫的源程序，其中包含公用函數(shù)hello，該函數(shù)將在屏幕上輸出"
hello XXX!"。main.c為測(cè)試庫文件的主程序，在主程序中調(diào)用了公用函數(shù)hello。
程序1：
//hello.h
#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H
void hello(const char *name);
#endif
程序2：
//hello.c
#include <stdio.h>
void hello(const char *name)
{
  printf("hello %s! /n",name);
}
程序3：
//main.c
#include "hello.h"
int main()
{
  hello("everyone");
  return 0;
}

實(shí)現(xiàn)步驟：
第一步：必須將源程序hello.c通過gcc先編譯成.o文件，生成hello.o（靜態(tài)庫/動(dòng)態(tài)庫，都是由.o文件創(chuàng)建的）；
第二步：由.o文件創(chuàng)建靜態(tài)庫,生成libmyhello.a（靜態(tài)庫文件名的命名規(guī)范是以lib為前綴，緊接著跟靜態(tài)庫名，擴(kuò)展名為.a）創(chuàng)建靜態(tài)庫用 ar命令；
第三步：在程序中使用靜態(tài)庫；（只需要在使用到這些公用函數(shù)的源程序中包含這些公用函數(shù)的原型聲明，然后在用gcc命令生成目標(biāo)文件時(shí)指明靜態(tài)庫名，gcc將會(huì)從靜態(tài)庫中將公用函數(shù)連接到目標(biāo)文件中。注意，gcc會(huì)在靜態(tài)庫名前加上前綴lib，然后追加擴(kuò)展名.a得到的靜態(tài)庫文件名來查找靜態(tài)庫文件）
第四步：刪除靜態(tài)庫文件，程序照常運(yùn)行，靜態(tài)庫中的公用函數(shù)hello已經(jīng)連接到目標(biāo)文件main中了。
運(yùn)行：
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  main.c
[root@localhost moduletest]# gcc -c hello.c
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  hello.o  main.c
[root@localhost moduletest]# ar crv libmyhello.a hello.o
a - hello.o
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  hello.o  libmyhello.a  main.c
[root@localhost moduletest]# gcc main.c libmyhello.a -o main
[root@localhost moduletest]# ./main
hello everyone!
[root@localhost moduletest]# rm -f libmyhello.a
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  hello.o  main  main.c
[root@localhost moduletest]# ./main
hello everyone!
[root@localhost moduletest]#

（2）共享庫
   共享庫的構(gòu)造復(fù)雜一些，通常是一個(gè)ELF格式的文件�？梢杂腥N方法生成：
$ld -G
$gcc -shared
$libtool
   用ld最復(fù)雜，用gcc -share就簡單的多，但是-share并非在任何平臺(tái)都可以使用。GNU提供了一個(gè)更好的工具libtool，專門用來在各種平臺(tái)上生成各種庫。
   用gcc的-shared參數(shù)：
gcc –shared –o libmyjob.so myjob.o
   這樣，就通過myjob.o生成了共享庫文件libmyjob.so。
   特別地，在CYGWIN環(huán)境下，仍需要輸出符合Windows命名的共享庫（動(dòng)態(tài)庫），即libXXXXX.dll。如：
gcc –shared –o libmyjob.dll myjob.o

例子：創(chuàng)建動(dòng)態(tài)庫（延用上面的程序1，2，3）
實(shí)現(xiàn)步驟：
第五步：由.o文件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)庫文件（命令：gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o）；
第六步：在程序中使用動(dòng)態(tài)庫；（在程序中使用動(dòng)態(tài)庫和使用靜態(tài)庫完全一樣，也是在使用到這些公用函數(shù)的源程序中包含這些公用函數(shù)的原型聲明，然后在用 gcc命令生成目標(biāo)文件時(shí)指明動(dòng)態(tài)庫名進(jìn)行編譯。程序在運(yùn)行時(shí)，會(huì)在/usr/lib和/lib等目錄中查找需要的動(dòng)態(tài)庫文件。若找到，則載入動(dòng)態(tài)庫，否則將提示錯(cuò)誤信息而終止程序運(yùn)行。要將文件libmyhello.so復(fù)制到目錄/usr/lib中）
運(yùn)行：
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  hello.o  main.c
[root@localhost moduletest]# gcc -shared -fPIC -o libmyhello.so hello.o
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  hello.o  libmyhello.so  main.c
[root@localhost moduletest]# gcc main.c libmyhello.so -o main
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  hello.o  libmyhello.so  main  main.c
[root@localhost moduletest]# ./main
./main: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory
[root@localhost moduletest]# mv libmyhello.so /usr/lib
可以：
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  hello.o  main  main.c
[root@localhost moduletest]# ./main
hello everyone!
[root@localhost moduletest]#
或者：
[root@localhost moduletest]# rm -f main
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  hello.o  main.c
[root@localhost moduletest]# gcc -Wall -g main.c -lmyhello -o main
[root@localhost moduletest]# ls
hello.c  hello.h  hello.o  main  main.c
[root@localhost moduletest]# ./main
hello everyone!
[root@localhost moduletest]#
注意：
當(dāng)靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫同名時(shí)， gcc命令將優(yōu)先使用動(dòng)態(tài)庫。

（3）庫生成以后的配置
   如果要把自己開發(fā)的庫文件安裝到操作系統(tǒng)中，需要有管理員權(quán)限：
(a) 把庫文件復(fù)制到適當(dāng)?shù)哪夸洠?br />    可以把自己開發(fā)的動(dòng)態(tài)連接庫放到/usr/local/lib（或者/usr/lib），或放到其他目錄，但不論放在那里，都必須與 LIBRARY_PATH的值、LD_LIBRARY_PATH的值相一致。
(b) 修改相關(guān)的系統(tǒng)配置文件：
   修改/etc/ld.so.conf，然后利用/sbin/ldconfig來完成。

Note:
編譯參數(shù)解析
   最主要的是GCC命令行的一個(gè)選項(xiàng):
-shared 該選項(xiàng)指定生成動(dòng)態(tài)連接庫（讓連接器生成T類型的導(dǎo)出符號(hào)表，有時(shí)候也生成弱連接W類型的導(dǎo)出符號(hào)），不用該標(biāo)志外部程序無法連接。相當(dāng)于一個(gè)可執(zhí)行文件
l -fPIC：表示編譯為位置獨(dú)立的代碼，不用此選項(xiàng)的話編譯后的代碼是位置相關(guān)的所以動(dòng)態(tài)載入時(shí)是通過代碼拷貝的方式來滿足不同進(jìn)程的需要，而不能達(dá)到真正代碼段共享的目的。
l -L.：表示要連接的庫在當(dāng)前目錄中
l -ltest：編譯器查找動(dòng)態(tài)連接庫時(shí)有隱含的命名規(guī)則，即在給出的名字前面加上lib，后面加上.so來確定庫的名稱
l LD_LIBRARY_PATH：這個(gè)環(huán)境變量指示動(dòng)態(tài)連接器可以裝載動(dòng)態(tài)庫的路徑。
l 當(dāng)然如果有root權(quán)限的話，可以修改/etc/ld.so.conf文件，然后調(diào)用 /sbin/ldconfig來達(dá)到同樣的目的，不過如果沒有root權(quán)限，那么只能采用輸出LD_LIBRARY_PATH的方法了。
調(diào)用動(dòng)態(tài)庫的時(shí)候有幾個(gè)問題會(huì)經(jīng)常碰到，有時(shí)，明明已經(jīng)將庫的頭文件所在目錄通過 “-I” include進(jìn)來了，庫所在文件通過 “-L”參數(shù)引導(dǎo)，并指定了“-l”的庫名，但通過ldd命令察看時(shí)，就是死活找不到你指定鏈接的so文件，這時(shí)你要作的就是通過修改 LD_LIBRARY_PATH或者/etc/ld.so.conf文件來指定動(dòng)態(tài)庫的目錄。通常這樣做就可以解決庫無法鏈接的問題了。

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