静态库与共享库制作与应用

长平狐 发布于 2012/09/03 12:56
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1、什么是库
在windows平台和linux平台下都大量存在着库。本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式,可以被操作系统载入内存执行。由于windows和linux的本质不同,因此二者库的二进制是不兼容的。本文仅限于介绍linux下的库。
2、库的种类
linux下的库有两种:静态库和共享库(动态库)。
我们通常把一些公用函数制作成函数库,供其它程序使用。函数库分为静态库和动态库两种。静态库在程序编译时会被连接到可执行程序中,程序运行时将不再需要该静态库。动态库在程序编译时并不会被连接到可执行程序中,而是在可执行程序运行是才被载入内存的,因此在程序运行时还需要动态库存在。
下面对这两类库进一步说明(摘自《GNULinux编程指南》24.3、24.4)
静态库(说实在的还有共享库)是包含了目标文件的文件,这些目标文件被称为模块或成员,是可以重用的预编译代码(即已经编译成.o文件),它们以特殊的格式和一个表或映射存储在一起,这些表或映射将符号和成员链起来,而这些符号正是在这些成员中定义的。这些映射表加速了编译和链接过程。
共享库与静态库相比有以下优点:第一是共享库占用更少的系统资源。由于共享库并没有被编译进每个二进制文件,只是在运行时动态链接加载,所以它们占用更少的磁盘空间。对于使用该库的所有程序来说,内核共享该库占用的内存,这样就使得共享库占用更少的系统内存。第二是共享库较快,因为它们只需要加载进内存一次。第三是共享库使得代码维护大大简化,当一些错误被修正或一些特性被添加时,用户只需要获得更新的库并安装,而使用静态库的程序每次修改都要重新编译。
3、库存在的意义
库是别人写好的现有的,成熟的,可以复用的代码,你可以使用但要记得遵守许可协议。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。
4、库是如何命名的
在linux下,库文件一般放在/usr/lib 或/lib下。
静态库的名字一般为libxxxx.a,其中xxxx是该lib的名称。
动态库的名字一般为libxxxx.so.major.minor,xxxx是该lib的名称,major是主版本号, minor是副版本号。
7.可执行程序在执行的时候如何定位共享库文件
当系统加载可执行代码时候,能够知道其所依赖的库的名字,但是还需要知道绝对路径此时就需要系统动态载入器(dynamic linker/loader)。对于elf格式的可执行程序,是由ld-linux.so*来完成的,它先后搜索elf文件的 DT_RPATH段—环境变量。(???)有三种方法:
(1)把共享库库拷贝到/usr/lib和/lib目录下。
(2)在LD_LIBRARY_PATH环境变量中加上库所在路径,但重新登录后就失效了。
例如动态库libhello.so在/home/ting/lib目录下,以bash为例,使用命令:
$export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.
(3) 修改/etc/ld.so.conf文件,把共享库所在的路径加到文件末尾,并执行ldconfig(该命令详细介绍见24.2.4),该命令会重建/etc/ld.so.cache。这样,加入的目录下的所有库文件都可见。关于环境变量和配置文件按的介绍参考:24.2.5
8、如何产生静态库
在linux下,静态库的后缀是.a,它的产生分两步:
step 1.由源文件编译生成一堆.o文件,每个.o里都包含这个编译单元的符号表。
# gcc -c hello.c    //也可以用-g选项产生调试信息
Step 2.ar命令将很多.o转换成.a,成为静态库。
# ar crs libmyhello.a hello.o //ar命令介绍见24.2.2
9、程序中如何使用静态库
只需要在使用到这些公用函数的源程序中包含这些公用函数的原型声明,然后在用gcc命令
生成目标文件时指明静态库名,gcc将会从静态库中将公用函数连接到目标文件中。注意,gcc会在静态库名前加上前缀lib,然后追加扩展名.a,得到的静态库文件名来查找静态库文
件。
step 3.# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
执行hello
step 4.# ./hello
10、如何产生共享库
动态库的后缀是.so,它由gcc加特定参数编译产生。
step 2.# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o   //还有一种方式产生之,可指定版本号作为后缀,见文
//章最后
11、程序中如何使用共享库
step 3.# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
执行hello
# mv libmyhello.so /usr/lib
# ./hello
./hello: error while loading shared libraries: /usr/lib/libhello.so: cannot restore segment
prot after reloc: Permission denied
由于SELinux引起,
# chcon -t texrel_shlib_t /usr/lib/libmyhello.so
# ./hello
或者:
在LD_LIBRARY_PATH环境变量中加上库所在路径。以bash为例,使用命令:
# export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.
# ./hello
第三种修改/etc/ld.so.conf的方法不会!
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本文主要通过举例来说明在Linux中如何创建静态库和动态库,以及使用它们。在创建函数库前,我们先来准备举例用的源程序,并将函数库的源程序编译成.o文件。
第1步:编辑得到举例的程序--hello.h、hello.c和main.c;
hello.h(见程序1)为该函数库的头文件。
hello.c(见程序2)是函数库的源程序,其中包含公用函数hello,该函数将在屏幕上输出"Hello XXX!"。
main.c(见程序3)为测试库文件的主程序,在主程序中调用了公用函数hello。
程序1: hello.h
#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H

void hello(const char *name);

#endif //HELLO_H
程序2: hello.c
#include "hello.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;
}
第2步:将hello.c编译成.o文件无论静态库,还是动态库,都是由.o文件创建的。因此,我们必须将源程序hello.c通过gcc先编译成.o文件。在系统提示符下键入以下命令得到hello.o文件。
# gcc -c hello.c
(注1:本文不介绍各命令使用和其参数功能,若希望详细了解它们,请参考其他文档。)
(注2:首字符"#"是系统提示符,不需要键入,下文相同。)
我们运行ls命令看看是否生存了hello.o文件。
# ls
hello.c hello.h hello.o main.c
(注3:首字符不是"#"为系统运行结果,下文相同。)
在ls命令结果中,我们看到了hello.o文件,本步操作完成。
下面我们先来看看如何创建静态库,以及使用它。
第3步:由.o文件创建静态库;
静态库文件名的命名规范是以lib为前缀,紧接着跟静态库名,扩展名为.a。例如:我们将创建的静态库
名为myhello,则静态库文件名就是libmyhello.a。在创建和使用静态库时,需要注意这点。创建静态库
用ar命令。在系统提示符下键入以下命令将创建静态库文件libmyhello.a。
# ar crs libmyhello.a hello.o
我们同样运行ls命令查看结果:
# ls
hello.c hello.h hello.o libmyhello.a main.c
ls命令结果中有libmyhello.a。
第4步:在程序中使用静态库
静态库制作完了,如何使用它内部的函数呢?只需要在使用到这些公用函数的源程序中包含这些公用函数
的原型声明,然后在用gcc命令生成目标文件时指明静态库名,gcc将会从静态库中将公用函数连接到目标
文件中。注意,gcc会在静态库名前加上前缀lib,然后追加扩展名.a得到的静态库文件名来查找静态库文
件。
在程序3:main.c中,我们包含了静态库的头文件hello.h,然后在主程序main中直接调用公用函数hello。
下面先生成目标程序hello,然后运行hello程序看看结果如何。
# gcc -o hello main.c -L. -l myhello
# ./hello
Hello everyone!
我们删除静态库文件试试公用函数hello是否真的连接到目标文件 hello中了。
# rm libmyhello.a
rm: remove regular file `libmyhello.a'? y
# ./hello
Hello everyone!
程序照常运行,静态库中的公用函数已经连接到目标文件中了。
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我们继续看看如何在Linux中创建动态库。我们还是从.o文件开始。
第5步:由.o文件创建动态库文件;
动态库文件名命名规范和静态库文件名命名规范类似,也是在动态库名增加前缀lib,但其文件扩展名
为.so。例如:我们将创建的动态库名为myhello,则动态库文件名就是libmyhello.so。用gcc来创建动态
库。
在系统提示符下键入以下命令得到动态库文件libmyhello.so。
# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o
我们照样使用ls命令看看动态库文件是否生成。
# ls
hello.c hello.h hello.o libmyhello.so main.c
第6步:在程序中使用动态库;
在程序中使用动态库和使用静态库完全一样,也是在使用到这些公用函数的源程序中包含这些公用函数的
原型声明,然后在用gcc命令生成目标文件时指明动态库名进行编译。我们先运行gcc命令生成目标文件,
再运行它看看结果。
# gcc -o hello main.c -L. -l myhello
# ./hello
./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object

file: No such file or directory
#
哦!出错了。快看看错误提示,原来是找不到动态库文件libmyhello.so。程序在运行时,会在/usr/lib
和/lib等目录中查找需要的动态库文件。若找到,则载入动态库,否则将提示类似上述错误而终止程序运
行。我们将文件libmyhello.so复制到目录/usr/lib中,再试试。
# mv libmyhello.so /usr/lib
# ./hello
./hello: error while loading shared libraries: /usr/lib/libhello.so: cannot restore segment
prot after reloc: Permission denied
由于SELinux引起,
# chcon -t texrel_shlib_t /usr/lib/libmyhello.so
# ./hello
Hello everyone!
成功了。这也进一步说明了动态库在程序运行时是需要的。
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我们回过头看看,发现使用静态库和使用动态库编译成目标程序使用的gcc命令完全一样,那当静态库和动态库同名时,gcc命令会使用哪个库文件呢?抱着对问题必究到底的心情,来试试看。
先删除 除.c和.h外的 所有文件,恢复成我们刚刚编辑完举例程序状态。
# rm -f hello hello.o /usr/lib/libmyhello.so
# ls
hello.c hello.h main.c
#
在来创建静态库文件libmyhello.a和动态库文件libmyhello.so。
# gcc -c hello.c
# ar crs libmyhello.a hello.o
# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o
# ls
hello.c hello.h hello.o libmyhello.a libmyhello.so main.c
#
通过上述最后一条ls命令,可以发现静态库文件libmyhello.a和动态库文件libmyhello.so都已经生成,并都在当前目录中。然后,我们运行gcc命令来使用函数库myhello生成目标文件hello,并运行程序hello。
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
# ./hello
./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object

file: No such file or directory
#
从程序hello运行的结果中很容易知道,当静态库和动态库同名时, gcc命令将优先使用动态库。
那么该如何与静态库链接呢?可使用如下参数:
# gcc -o hello main.c -WI, -Bstatic -L. -lmyhello
注:这个特别的"-WI,-Bstatic"参数,实际上是传给了连接器ld。指示它与静态库连接,如果系统中只有静态库当然就不需要这个参数了。
我使用的GCC版本是4.1.2,运行此命令时会提示“无法识别的命令行选项“-WI,-Bstatic””,但是查看man手册有此选项啊???同时查得-static具有同样功能,改用如下命令:# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello -static就可以了!
如果要 和多个库相连接,而每个库的连接方式不一样,比如上面的程序既要和libhello进行静态连接,又要和libbye进行动态连接,其命令应为:
$gcc -o hello main.c -WI,-Bstatic -L. -lmyhello -WI,-Bdynamic -L. -lmyhello

cc1:错误:无法识别的命令行选项“-WI,Bstatoc”
cc1:错误:无法识别的命令行选项“-WI,Bdynamic”

*********************************************************************************************
为了在同一系统中使用不同版本的库,可以在库文件名后加上版本号为后缀,例如: libhello.so.1.0,由于程序连接默认以.so为文件后缀名。所以为了使用这些库,通常使用建立符号连接的方式。
# gcc -shared -Wl,-soname,libmyhello.so.1 -o libmyhello.so.1.0 hello.o
另外再建立两个符号连接:
# ln -s libmyhello.so.1.0 libmyhello.so.1
# ln -s libmyhello.so.1 libmyhello.so
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
# export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.      //但是采用将libmyhello.so复制到/usr/lib/下的话,就报错:./hello :error while loading shared libraries:libmyhello.so:cannot open shared object file:No such
file or directory
    ???
# ./hello
./hello: error while loading shared libraries: /usr/lib/libhello.so: cannot restore segment
prot after reloc: Permission denied
由于SELinux引起,
# chcon -t texrel_shlib_t /usr/local/mysql5/test/testLib/libmyhello.so.1
# ./hello
Hello everyone

这样一个libhello的动态连接库就生成了。最重要的是传gcc -shared 参数使其生成是动态库而不是普通执行程序。 -Wl 表示后面的参数也就是-soname,libhello.so.1直接传给连接器ld进行处理。实际上,每一个库都有一个soname,当连接器发现它正 在查找的程序库中有这样一个名称,连接器便会将soname嵌入连结中的二进制文件内,而不是它正在运行的实际文件名,在程序执行期间,程序会查找拥有 soname名字的文件,而不是库的文件名,换句话说,soname是库的区分标志。 这样做的目的主要是允许系统中多个版本的库文件共存,习惯上在命名库文件的时候通常与soname相同。libxxxx.so.major.minor 其中,xxxx是库的名字,major是主版本号,minor 是次版本号。


原文链接:http://blog.csdn.net/hanchaoman/article/details/5503778
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