关于Linux静态库和动态库的分析

关于Linux静态库和动态库的分析

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）。
二者的不同点在于代码被载入的时刻不同。
静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序，因此体积较大。
共享库的代码是在可执行程序运行时才载入内存的，在编译过程中仅简单的引用，因此代码体积较小。

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。
共享库的好处是，不同的应用程序如果调用相同的库，那么在内存里只需要有一份该共享库的实例。

4.库文件是如何产生的在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，每个.o里都包含这个编译单元的符号表
Step 2.   ar命令将很多.o转换成.a，成文静态库
         动态库的后缀是.so，它由gcc加特定参数编译产生。
例如:
$ gcc -fPIC -c *.c $ gcc -shared -Wl,-soname, libfoo.so.1 -o libfoo.so.1.0 *.

5.库文件是如何命名的，有没有什么规范
在linux下，库文件一般放在/usr/lib /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

6.如何知道一个可执行程序依赖哪些库
ldd命令可以查看一个可执行程序依赖的共享库，
例如# ldd /bin/lnlibc.so.6
=> /lib/libc.so.6 (0×40021000)/lib/ld-linux.so.2
=> /lib/ld- linux.so.2 (0×40000000)
可以看到ln命令依赖于libc库和ld-linux库

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LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache文件列表—/lib/,/usr/lib目录找到库文件后将其载入内存

8.在新安装一个库之后如何让系统能够找到他
如果安装在/lib或者/usr/lib下，那么ld默认能够找到，无需其他操作。
如果安装在其他目录，需要将其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步骤如下
1.编辑/etc/ld.so.conf文件，加入库文件所在目录的路径
2.运行ldconfig，该命令会重建/etc/ld.so.cache文件

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目标代码中，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目标代码中，而是在程序运行是才被载入，因此在程序运行时还需要动态库存在。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 <stdio.h>

void hello(const char *name)

{

       printf("Hello %s!\n", name);

}

#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

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

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 cr libmyhello.a hello.o

我们同样运行ls命令查看结果：# ls    ls命令结果中有libmyhello.a。

hello.c hello.h hello.o libmyhello.a main.c

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. -lmyhello

# ./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。

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 -fPIC -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. –lmyhello

$gcc–o app main.c /home/test/program/ibmyLib.so

$gcc -o app2 main.c $PWD/libmyhelloso.so

# ./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/libhello.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。