Linux之静态库和动态库

目录

一、前言

二、对于库的理解

三、静态库

四、动态库

五、动静态库的加载

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一、前言

在之前，我们讲了静态库和动态库，详情请跳转：静态库和动态库

下面我们将从工程师的角度，去了解静态库和动态库的形成过程，以及实现它们的制作。并且了解如何将自己的库交给别人，让别人也可以使用。

二、对于库的理解

Linux的库一般分为动态库和静态库：

静态库：库文件以 .a 为后缀，程序在编译链接的时候把库的代码链接到可执行文件中。程序运行的时候将不再需要静态库。

动态库：库文件以 .so 为后缀，程序在运行的时候才去链接动态库的代码，多个程序共享使用库的代码。

gcc 在编译时默认使用动态链接，链接动态库，而如果想生成静态链接，我们需要在末尾带上 -static。

而我们知道，程序编译链接的最后，其实就是将各种 .o 可重定位目标二进制文件包括 main 函数的 .o文件，与所包含的 .h 文件全部链接起来，形成可执行程序。所以，这是不是就意味着，用户真正需要的库文件其实是 .o 文件，设计者可以不用将源文件提供给用户，而直接将.o和.h文件提供给用户，以供用户链接。这样不仅方便，而且能够保护源码。这样可以吗？

如下图，在该目录下，我们只有.h和.o文件，没有这些文件的源码。那么能编译成功吗？

编译结果如下：

我们发现，编译出的可执行程序能够运行。 

但是如果存在很多.c文件呢？难道我们要把几千个.c文件全部编译成.o在加上头文件全部一个一个提供吗？那样太过于麻烦，为了让用户更好的使用库，我们就有把所有的.o文件打成一个包，给对方提供一个库文件。

所以，库中包含了多个.o文件。

三、静态库

我们可以使用 ar 命令（把所有的.o打包起来），来制作一个静态库。比如：我们要打包二中所讲到的.o文件：

ar -rc libexe.a myadd.o myprintf.o

当然，我们也可以写一个Makefile来快速制作一个库。

output：而我们要交付库，实际上要把库文件 .a 以及匹配的头文件都交付给用户，而output就相当于一个发布的过程。

好了，那么静态库我已经制作好了，且已经发布了，那么我们来使用一下自己制作的库。首先，我们将库拷贝到 mylib 目录下去使用。

但是，当我们编译时，却出错了：

gcc在编译时，找不到头文件！！！ 

解决方法：编译器搜索头文件时默认在当前目录下搜索，在系统默认指定路径下搜索。虽然此时的mylib在当前路径下，但是头文件太深了，编译器找不到头文件，所以我们需要给gcc指定路径。如下：使用选项 -I 告诉编译器头文件所在路径。

问题又来了，gcc找不到库函数的实现。我们在形成可执行程序的时候，库文件要使用的话也要知道库所在的路径在哪里，系统的默认路径是/lib64，而这是我们自己制作的库，不在里面。所以我们要带上 -L。告诉库的路径在哪里。因为该路径下可能有多个库，所以我们还要使用 -l 选项，加上库名字去掉前缀和后缀 .a。

 如上图，我们编译并且运行成功了。

总结：

-I：指明头文件的搜索路径

-L：指明库文件的搜索路径

-l：指明要链接哪个库，带上库的名称（去掉前缀和后缀）

四、动态库

首先我们需要把库文件全部编译成.o文件，这里与静态库不同，需要带上选项 -fPIC，形成与位置无关码。我们还是以上面的文件为例：

gcc -fPIC -c myadd.c -o myadd.o

gcc -fPIC -c myprintf.c -o myprintf.o

 

 动态库打包需要加上选项：-shared。

gcc -shared myprintf.o myadd.o -o lib.so

我们可以建立一个makefile，同时形成静态库和动态库。

 

然后我们发布：

接下来，我们就来使用一下我们自己制作的动态库。

 下图中，我们编译成功，且形成了可执行程序。 

但是，当我们运行可执行程序时，却失败了：

因为我们的lib目录下，既有动态库，也有静态库，所以gcc在编译时默认使用的是动态库。可是，既然我已经指明了库所在的路径，那为什么在运行可执行程序时还会动态链接失败呢？

原因就是：那只是在编译时，告诉了gcc编译器动态库在哪里，然后编译成功且形成了可执行程序，如果你在编译时没有告诉库在哪，编译就不会成功，且不会形成可执行程序。而我们运行可执行程序是由操作系统加载到内存来运行的，运行时也需要告诉操作系统库在哪里。我们还没有告诉操作系统动态库在哪里呢！！！

解决方法：

1、添加到环境变量里：把库路径添加到环境变量LD_LIBRARY_PATH

比如：我的动态库所在路径为：/home/zdl/mylib/output/lib

但是我们自己定义的环境变量只是本次登录有效，如果想永久有效只能修改环境变量的配置，但是比较麻烦。想永久有效，我们还有其他的方法。 

2、配置文件（/etc/ld.so.conf.d/）：动态库进行对应搜索时可以采用自己定义conf文件找到动态库

直接在该路径 /etc/ld.so.conf.d/ 下创建一个以.conf为后缀的文件。

然后将动态库所在的路径添加到文件中即可。

最后，使用sudo ldconfig使文件生效。 

3、建立软链接直接找到对应的库

可以将库的路径建立软链接到 /lib64/ 路径下。

五、动静态库的加载

静态库：静态库是直接将自己的代码和数据拷贝到可执行程序中，然后随可执行程序一同加载到内存中。它们相当于已经是一体的了。静态库的代码随可执行程序的代码一起加载到程序地址空间的代码区。

动态库：动态库可以和可执行程序分批加载。

动态库加上fPIC选项形成位置无关码，采用相对编址的方法，在程序链接时对应库当中的偏移量添加到可执行程序，运行时一旦库加载进来，经过地址空间映射，把库映射到地址空间之后，库也就具备了起始地址，通过偏移地址和起始地址这样就可以找到访问的函数。

具体过程：可执行程序在运行时，如果遇到某处代码需要调用库的方法，库的代码和数据就会加载到物理内存中，然后将你需要使用的方法通过页表映射到共享区。然后代码直接到共享区去找，再通过页表找到物理内存中的具体方法，使用完后，代码继续向后执行，如又遇到库里的方法，就再去找。

如果有多个进程需要使用同一个库，那么其他的进程可以直接通过页表和物理内存中的代码直接建立联系。所以动态库加载一次就可以被多个进程共同使用了。

而静态库可能有多个程序用了C库，加载到内存时，内存里可能会存在很多份重复的代码。而动态链接不会出现重复的代码，减少内存占用。