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標題: gcc生成靜態庫和動態庫 [打印本頁]

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作者: 51hei單片    時間: 2016-3-13 17:20
標題: gcc生成靜態庫和動態庫
gcc生成靜態庫和動態庫

一、庫文件簡介

簡單地說，庫（Library）就是一組已經寫好了的函數和變量、經過編譯代碼，是為了能夠提高開發效率和運行效率而設計的。庫分為靜態庫（Static Library）和共享庫（Shared library）兩類。靜態庫文件的擴展名是.a，共享庫文件的擴展名是.so（在CYGWIN環境下，分別叫做.o和.dll）。共享庫現在常常被叫做動態庫，是由于很多人借用了MS Windows的DLL（Dynamic Linked Library）這個詞。
（1）靜態庫
     靜態是指每個用到該庫的應用程序都擁有一份自己的庫拷貝；應用程序運行的時候，即使將庫刪除也沒有問題，因為應用程序自己已經有了自己的拷貝。
（2）共享庫
     一個共享庫有可能被多個所有應用程序共享。因此，對每個應用程序來說，即使不再使用某個共享庫，也不應將其刪除。此外，應用程序需要正確的環境變量設置（LD_LIBRARY_PATH），從而找到共享庫所在的位置，否則，應用程序運行時會報告找不到這個庫。

二、關于使用庫的問題

     如果庫是已經編譯好的，那么如何在開發、運行應用程序時使用呢？頭文件和庫文件所在的路徑，必須通過適當的方式通知給編譯器、鏈接器和相關的應用程序。
     對于靜態庫來說，主要涉及開發工具，如gcc。例如，用gcc編譯、鏈接時，需要通過適當的路徑找到頭文件和靜態庫文件；實現的方法有兩種：
gcc 的命令行參數（-I, -L）
shell的環境變量（C_INCLUDE_PATH, LIBRARY_PATH
     對于共享庫來說，程序在運行時，如果用到了動態庫，也需要找到對應的動態庫文件；實現的方法：
shell的環境變量（LD_LIBRARY_PATH）
1） gcc命令行參數（-I, -L）
     默認情況下，gcc會自動搜索下面的路徑：
對頭文件：
/usr/local/include/
/usr/include/
對庫文件：
/usr/local/lib/
/usr/lib/
     但是由于系統管理員對系統安裝路徑有不同的配置，或者對于如64位系統等情況，上述路徑對于一臺具體的計算機來說可能不同。如果開發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來指定對應的路徑。如果需要鏈接庫，還要用-l選項。
     例如：如果工程涉及到GDBM（GNU DataBase Management）包，需要libgdbm庫，而系統中安裝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：
$gcc … -I/opt/gdbm-1.8.3/include -L/opt/gdbm-1.8.3/lib –lgdbm
     注意：為保證兼容性，必須堅決杜絕在C/C++源文件的#include語句中或者其他相關語句中使用上述路徑。
2） shell環境變量（Environmental Variable）
     除了用命令行參數，還可以用環境變量來指示gcc搜索適當的路徑。而由于Shell的不同，環境變量的設置方法也不同。常用的Shell有Bash, Csh和Tcsh。
（1）Bash
     對于Bash來說，除了由系統管理員配置的內容以外，每個用戶的用戶目錄（$HOME）下，有個.bash_profile文件。可在該文件內，增加下面的兩個語句來設置GDBM頭文件路徑的環境變量：
C_INCLUDE_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/include
export C_INCLUDE_PATH
     類似地，在該文件內用下面的兩個語句來設置庫文件路徑的環境變量：
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。但是鏈接庫的時候，還是要用-l選項。
$gcc … –lgdbm
     在Bash下，要檢查有什么樣的環境變量，可用env命令。
$env
（2）Csh和Tcsh
     如果是Csh或Tcsh，對環境變量的設置方法就不同了。在用戶的（$HOME）目錄下，相關的一些文件如下：
.cshrc 每次進入Csh時的啟動(Startup)文件
.tcshrc 每次進入Tcsh時的啟動(Startup)文件（在Tcsh下，如果沒有這個文件，系統會用.cshrc文件代替）
.login 每次登錄Shell時的啟動(Startup)文件
     在Csh和Tcsh下，分為Shell變量和環境變量；前者是用來設置Shell本身的，而后者則是供其他程序使用的。一般習慣是：Shell變量在.cshrc中定義，而環境變量則在.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
     定義環境變量的方法是在.login文件中用setenv語句。對于上面關于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命令來查看設置了哪些環境變量（如果要看Shell變量，要用set命令）。
注意：
- 設置Shell變量時要用“=”號；
- 設置環境變量時，變量名與實際值（這里是真實路徑）之間沒有“=”號;
- 不需要export。
3） 使用共享庫
     使用共享庫的應用程序，要通過環境變量LD_LIBRARY_PATH找到對應的共享庫文件。與其他環境變量一樣，對LD_LIBRARY_PATH也要根據shell的種類和庫文件的實際路徑進行設置。但是，必須注意的是，與一般的環境變量不同，LD_LIBRARY_PATH的值，是已經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、關于庫生成的問題
    我們通常把一些公用函數制作成函數庫，供其它程序使用。函數庫分為靜態庫和動態庫兩種。靜態庫在程序編譯時會被連接到目標代碼中，程序運行時將不再需要該靜態庫。動態庫在程序編譯時并不會被連接到目標代碼中，而是在程序運行是才被載入，因此在程序運行時還需要動態庫存在。

（1）靜態庫
     簡單地說，靜態庫是一個目標文件的簡單集合。因此，首先要解決目標文件。
     第一步：將各函數代碼所在的源文件編譯成目錄文件。
     例如，對于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）把多個目標文件集合起來。
$ar -r libmyjob.a myfunc.o myproc.o
     通常，靜態庫的命名方式應遵守libXXXXX.a格式。應用程序在使用靜態庫的時候，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（實際上是gcc調用ld）去連接一個名字為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文件。
例子：創建靜態庫
   hello.h為該函數庫的頭文件。hello.c是函數庫的源程序，其中包含公用函數hello，該函數將在屏幕上輸出"
hello XXX!"。main.c為測試庫文件的主程序，在主程序中調用了公用函數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;
}

實現步驟：
    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（靜態庫/動態庫，都是由.o文件創建的）；
    第二步：由.o文件創建靜態庫,生成libmyhello.a（靜態庫文件名的命名規范是以lib為前綴，緊接著跟靜態庫名，擴展名為.a）創建靜態庫用 ar命令；
    第三步：在程序中使用靜態庫；（只需要在使用到這些公用函數的源程序中包含這些公用函數的原型聲明，然后在用gcc命令生成目標文件時指明靜態庫名，gcc將會從靜態庫中將公用函數連接到目標文件中。注意，gcc會在靜態庫名前加上前綴lib，然后追加擴展名.a得到的靜態庫文件名來查找靜態庫文件）
    第四步：刪除靜態庫文件，程序照常運行，靜態庫中的公用函數hello已經連接到目標文件main中了。
運行：
[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
     共享庫的構造復雜一些，通常是一個ELF格式的文件。可以有三種方法生成：
$ld -G
$gcc -shared
$libtool
     用ld最復雜，用gcc -share就簡單的多，但是-share并非在任何平臺都可以使用。GNU提供了一個更好的工具libtool，專門用來在各種平臺上生成各種庫。
     用gcc的-shared參數：
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環境下，仍需要輸出符合Windows命名的共享庫（動態庫），即libXXXXX.dll。如：
gcc –shared –o libmyjob.dll myjob.o

例子：創建動態庫（延用上面的程序1，2，3）
實現步驟：
    第五步：由.o文件創建動態庫文件（命令：gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o）；
    第六步：在程序中使用動態庫；（在程序中使用動態庫和使用靜態庫完全一樣，也是在使用到這些公用函數的源程序中包含這些公用函數的原型聲明，然后在用 gcc命令生成目標文件時指明動態庫名進行編譯。程序在運行時，會在/usr/lib和/lib等目錄中查找需要的動態庫文件。若找到，則載入動態庫，否則將提示錯誤信息而終止程序運行。要將文件libmyhello.so復制到目錄/usr/lib中）
運行：
[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：
    當靜態庫和動態庫同名時， gcc命令將優先使用動態庫。

（3）庫生成以后的配置
     如果要把自己開發的庫文件安裝到操作系統中，需要有管理員權限：
(a) 把庫文件復制到適當的目錄：
     可以把自己開發的動態連接庫放到/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) 修改相關的系統配置文件：
     修改/etc/ld.so.conf，然后利用/sbin/ldconfig來完成。

Note:
編譯參數解析
     最主要的是GCC命令行的一個選項:
-shared 該選項指定生成動態連接庫（讓連接器生成T類型的導出符號表，有時候也生成弱連接W類型的導出符號），不用該標志外部程序無法連接。相當于一個可執行文件
l -fPIC：表示編譯為位置獨立的代碼，不用此選項的話編譯后的代碼是位置相關的所以動態載入時是通過代碼拷貝的方式來滿足不同進程的需要，而不能達到真正代碼段共享的目的。
l -L.：表示要連接的庫在當前目錄中
l -ltest：編譯器查找動態連接庫時有隱含的命名規則，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：這個環境變量指示動態連接器可以裝載動態庫的路徑。
l 當然如果有root權限的話，可以修改/etc/ld.so.conf文件，然后調用 /sbin/ldconfig來達到同樣的目的，不過如果沒有root權限，那么只能采用輸出LD_LIBRARY_PATH的方法了。
    調用動態庫的時候有幾個問題會經常碰到，有時，明明已經將庫的頭文件所在目錄 通過 “-I” include進來了，庫所在文件通過 “-L”參數引導，并指定了“-l”的庫名，但通過ldd命令察看時，就是死活找不到你指定鏈接的so文件，這時你要作的就是通過修改 LD_LIBRARY_PATH或者/etc/ld.so.conf文件來指定動態庫的目錄。通常這樣做就可以解決庫無法鏈接的問題了。

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