Linux下的靜態(tài)庫、動(dòng)態(tài)庫和動(dòng)態(tài)加載庫

庫的存在極大的提高了C/C++程序的復(fù)用性，但是庫對于初學(xué)者來說有些難以駕馭，本文從Linux的角度淺談Linux下的靜態(tài)庫、動(dòng)態(tài)庫和動(dòng)態(tài)加載庫。

Linux庫類型

Linux下可以創(chuàng)建兩種類型的庫:

命名約定

庫需要以lib作為開頭，而在指定鏈接命令行參數(shù)時(shí)，卻無需包含開頭和擴(kuò)展名，例如：

這個(gè)例子中，鏈接了libmath.a和libpthread.a

靜態(tài)庫(.a)

生成靜態(tài)庫的方法如下：

• 編譯object文件。例如：cc -Wall -c ctest1.c ctest2.c，該命令會(huì)生成ctest1.o和ctest2.o(其中-Wall表示編譯時(shí)輸出警告)。
• 創(chuàng)建庫文件。例如：ar -cvq libctest.a ctest1.o ctest2.o。該命令會(huì)得到一個(gè)libctest.a文件
• 可以通過ar -t查看.a文件中包含哪些.o。所以，實(shí)際上ar就是一個(gè)打包命令，類似tar
• 構(gòu)建符號表。ranlib libctest.a用于為.a創(chuàng)建符號表。有些ar命令實(shí)際上已經(jīng)集成了ranlib的功能

.a文件與windows下的.lib是相同的概念。

動(dòng)態(tài)庫(.so)

生成動(dòng)態(tài)庫的方法如下：

• 編譯object文件時(shí)使用-fPIC選項(xiàng)：
  
  ?

  ?

  ?

  ?

  ?

  ?

  Shell

  ?

  gcc -Wall -fPIC -c *.c

  1

  gcc -Wall -fPIC -c *.c

這個(gè)選項(xiàng)的目的是讓編譯器生成地址無關(guān)(position independent)的代碼，這是因?yàn)?，?dòng)態(tài)庫是在運(yùn)行期間鏈接的，變量和函數(shù)的偏移量是事先不知道的，需要鏈接以后根據(jù)offset進(jìn)行地址重定向。

• 使用-shared鏈接
  
  ?

  ?

  ?

  ?

  ?

  ?

  Shell

  ?

  gcc -shared -Wl,-soname,libctest.so.1 -o libctest.so.1.0 *.o

  1

  gcc -shared -Wl,-soname,libctest.so.1 -o libctest.so.1.0 *.o

-shared選項(xiàng)是讓動(dòng)態(tài)庫得以在運(yùn)行期間被動(dòng)態(tài)鏈接;-Wl,options是設(shè)置傳遞給ld(鏈接器)的參數(shù)，在上面的例子中，當(dāng)鏈接器在鏈接.o時(shí)會(huì)執(zhí)行l(wèi)d -soname ibctest.so.1

• 創(chuàng)建軟鏈

上面的命令將最終輸出一個(gè)動(dòng)態(tài)庫libctest.so.1.0，而出于習(xí)慣，會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)軟鏈:

libctest.so用于在編譯期間使用-lctest讓編譯器找到動(dòng)態(tài)庫，而libctest.so.1用于在運(yùn)行期間鏈接

?

查看依賴

使用ldd命令來查看程序?qū)?dòng)態(tài)庫的依賴。例如：

?

obj文件

obj文件的格式和組成可能是系統(tǒng)差異性的一大體現(xiàn)，比如windows下的PE、linux和一些unix下的elf、macos的mach-o、aix下的xcoff。

查看obj文件的符號表信息，可以通過nm objdump readelf等方法。

運(yùn)行期間查找動(dòng)態(tài)庫

運(yùn)行期間，系統(tǒng)需要知道到哪里去查找動(dòng)態(tài)庫，這是通過/etc/ld.so.conf配置的。ldconfig用于配置運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)庫查找路徑，實(shí)際是更新/etc/ld.so.cache。另外一些環(huán)境變量也可以影響查找：(Linux/Solaris: LD_LIBRARY_PATH, SGI: LD_LIBRARYN32_PATH, AIX: LIBPATH, Mac OS X: DYLD_LIBRARY_PATH, HP-UX: SHLIB_PATH)

動(dòng)態(tài)加載和卸載的庫

需要應(yīng)用程序希望設(shè)計(jì)成插件化的架構(gòu)，這就需要可以動(dòng)態(tài)加載和卸載庫的機(jī)制。與動(dòng)態(tài)鏈接不同的是，動(dòng)態(tài)加載的意思是，編譯期間可以對動(dòng)態(tài)庫的存在一無所知，而是在運(yùn)行期間通過用戶程序嘗試加載進(jìn)來的。

通過dlfcn.h中的dlopen、dlsym和dlclose等函數(shù)實(shí)現(xiàn)此種功能。

另外，使用到dlfcn機(jī)制的可執(zhí)行文件需要使用-rdynamic選項(xiàng)，它將指示連接器把所有符號（而不僅僅只是程序已使用到的外部符號，但不包括靜態(tài)符號，比如被static修飾的函數(shù)）都添加到動(dòng)態(tài)符號表（即.dynsym表）里。

GNU Libtool

如今許多軟件的編譯都采用libtool工具，libtool是一個(gè)編譯鏈接包裝工具，實(shí)際只是一個(gè)腳本，用libtool編譯和鏈接會(huì)產(chǎn)生類似.la的文件，.la這種文件其實(shí)是個(gè)文本文件，指向.a文件，并聲明一些版本信息。