Linux静态库和动态库

1. 编译与ELF格式
2. 库的基本概念
3.静态库的制作：（假设要将a.c、b.c制作成静态库）
4.静态库的常见操作
5.静态库的使用
6. 多个库的相互依赖
- 举例1.(库文件制作、错误处理)
7.静态库和动态库的关系和区别
8.动态库的制作
- 软链接 | 硬链接
- 软连接和硬链接区别

1. 编译与ELF格式

预处理：解释并展开源程序当中的所有的预处理指令，此时生成 *.i 文件。（宏替换）
命令：gec@ubuntu:~$ gcc hello.c -o hello.i -E
编译：词法和语法的分析，生成对应硬件平台的汇编语言文件，此时生成 *.s 文件。
命令：gec@ubuntu:~$ gcc hello.i -o hello.s -S
汇编：将汇编语言文件翻译为对应处理器的二进制机器码，此时生成 *.o 文件。
命令：gec@ubuntu:~$ gcc hello.s -o hello.o -c
链接：将多个 *.o 文件合并成一个不带后缀的可执行文件。
命令：gec@ubuntu:~$ gcc hello.o -o hello -lc

重点关注最后一步，库文件的链接：链接实际上是将多个.o文件合并在一起的过程。这些 *.o 文件合并前是 ELF 格式，合并后也是 ELF
格式。ELF全称是 Executable and Linkable Format，即可执行可链接格式
库的本意是library图书馆，库文件就是一个由很多 *.o 文件堆积起来的集合。 ELF需要对各个 *.o
文件中的静态数据（包括常量）、函数入口的地址做统一分配和管理，这个过程就叫做“重定位”，因此未经链接的单独的 *.o
文件又被称为可重定位文件，经过链接处理合并了相同的段的文件称为可执行文件。

2. 库的基本概念

库文件分为两类：静态库和动态库。如：

静态库：libx.a
动态库：liby.so
lib库名.后缀

其中，lib是任何库文件都必须有的前缀，库名就是库文件真正的名称，比如上述例子中两个库文件分别叫x和y，在链接它们的时候写成 -lx 和 -ly ，后缀根据静态库和动态库，可以是 .a 或者 .so：

静态库的后缀：.a （archive，意即档案）
动态库的后缀：.so （share object，意即共享对象）
注意：不管是静态库，还是动态库，都是可重定位文件 *.o 的集合。

3.静态库的制作：（假设要将a.c、b.c制作成静态库）

*第一步，制作 .o 原材料

gec@ubuntu:~$ gcc a.c -o a.o -c
gec@ubuntu:~$ gcc b.c -o b.o -c

*第二步，将 .o 合并成一个静态库

gec@ubuntu:~$ ar crs libx.a a.o b.o

4.静态库的常见操作

#查看 *.o 文件
gec@ubuntu:~$ ar t libx.a  #（t意即table，以列表方式列出*.o文件）
a.o
b.o

# 删除 *.o 文件
gec@ubuntu:~$ ar d libx.a b.o #（d意即delte，删除掉指定的*.o文件）
gec@ubuntu:~$ ar t libx.a
a.o

# 增加 *.o 文件
gec@ubuntu:~$ ar r libx.a b.o #（r意即replace，添加或替换(重名时)指定的*.o文件）
gec@ubuntu:~$ ar t libx.a
a.o
b.o

# 提取 *.o 文件
gec@ubuntu:~$ ar x libx.a #（x意即extract，将库中所有的*.o文件释放出来）
gec@ubuntu:~$ ar x libx.a a.o #（指定释放库中的a.o文件）

5.静态库的使用

库文件最大的价值，在于代码复用。假设在上述库文件所包含的*.o文件中，已经包含了若干函数接口，那么只要能链接这个库，就无需再重复编写这些接口，直接链接即可。

假设a.c中包含了如下函数：

// a.c
void func()
{printf("我是a.c中的函数func\n");
}

那么，就可以使用链接库的形式，使用这个接口：

// main.c
void func(); //函数要声明
int main()
{func();return 0;
}

编译并运行的结果是： -L/库路径 -l库名 -i 头文件路径

gec@ubuntu:~$ gcc main.c -L/home/gec -lx -o main
gec@ubuntu:~$ ./main
我是a.c中的函数func
gec@ubuntu:~$

注意：

编译语句中的 -L/home/gec 指明库文件 libx.a 的具体位置，否则系统找不到该库文件。编译语句中的 -lx
指明要链接的库文件的具体名称，注意不包含前缀后缀。对于静态库而言，由于编译链接时会将 main.c
所需要的库代码复制一份到最终的执行文件中，这直接导出静态库的如下特性：执行程序在编译之后与静态库脱离关系，其执行也不依赖于静态库。
执行程序执行时由于不依赖静态库，因此也省去了运行时动态。

6. 多个库的相互依赖

假设有两个库文件：liba.a 和 libb.a，它们分别只包含了 a.o 和 b.o，假设这两个源程序有如下依赖关系：

// a.c
#incldue <stdio.h>
void fa()
{printf("Hey!\n");
}// b.c
#incldue <stdio.h>
void fa();  //fa()在这里被声明了
void fb()
{fa(); // fb() 调用了 fa()，即libb.a依赖于liba.a
}

很明显，b.c中的功能接口是依赖于 a.c 的，换句话说，库文件 libb.a 是依赖于 liba.a 的。
现在再来写一个调用 fb() 的主函数：

void fb();
int main(void)
{fb();
}

编译情况如下：

gec@ubuntu:~$ gcc main.c -o main -L. -lb -la                     //谁要用我的方法，谁就在我的前面
gec@ubuntu:~$ gcc main.c -o main -L. -la -lb
./libb.a(b.o): In function `fb':
b.c:(.text+0xa): undefined reference to `fa'
collect2: error: ld returned 1 exit status

从以上编译信息来看，得出结论：

当编译链接多个库，且这些库之间有依赖关系时，被依赖的基础库要放在编译语句的后面。在以上示例中，库 libb.a 依赖于 liba.a，即
liba.a 是被依赖的基础库，因此 -la 要放在 -lb 的后面才能通过编译。注意：以上结论对于静态库、动态库都适用。

举例1.(库文件制作、错误处理)

【1】将常用的文件IO函数封装成自报错的静态库和动态库，并在要以后的程序中根据需要调这些库文件。read.c

例如：
gcc read.c -o read.o -c   生成连接文件
ar  crs  libread.a read.o    生成静态库

ssize_t Read(int fd, void *buf, size_t count)
{int total = 0;int n;while(count > 0){while((n=read(fd, (char *)buf+total, count))==-1 &&errno == EINTR);//(char *)buf+total :  buf指针，指向每次读取到的数据  加total确保数据不被覆盖  准确定位数据增加后每次的位置if(n == -1) // 遇到了错误{perror("read失败");return -1;}if(n == 0) // 遇到了文件尾时=0break;count -= n;  //n每次读到的大小   count 总的大小   count = count-n  :减去每次读的数据total += n;  //total统计每次读到的数据   total =total+n  }// 返回总共读到的字节数return total;
}

7.静态库和动态库的关系和区别

静态库（相当于书店，只卖不借）
原理：编译时，库中的代码将会被复制到每一个程序中
优点：程序不依赖于库、执行效率稍高
缺点：浪费存储空间、无法对用户升级迭代
动态库（相当于图书馆，只借不卖）
原理：编译时，程序仅确认库中功能模块的匹配关系，并未复制
缺点：程序依赖于库、执行效率稍低
优点：节省存储空间、方便对用户升级迭代

8.动态库的制作

lib库名.后缀对于动态库而言，在后缀后面还经常会带着版本号： lib库名.后缀.版本号完整的动态库文件名称是：
lib库名.so.主版本号.次版本号.修订版本号，比如： libx.so.1.3.1 动态库一般会用一个只带主版本号的符号链接（软连接ln
-s 生成）来链接程序（方便版本更新换代），

软链接 | 硬链接

1、软链接就是：“ln –s 源文件目标文件”，只会在选定的位置上生成一个文件的镜像，不会占用磁盘空间，类似与windows的快捷方式。
2、硬链接ln源文件目标文件，没有参数-s，会在选定的位置上生成一个和源文件大小相同的文件，无论是软链接还是硬链接，文件都保持同步变化。

2.通过实验加深理解
[oracle@Linux]$ vi      test.log
#创建一个测试文件f1
[oracle@Linux]$ ln   test.log    test1.log
#创建f1的一个硬连接文件test1.log
[oracle@Linux]$ ln  -s   test.log   test2.log
#创建f1的一个符号连接文件test2.log
[oracle@Linux]$ ls   -li
# -i参数显示文件的inode节点信息

软连接和硬链接区别

1.软连接有个主体，删除其他一个不会影响，其余的连接，但是删除主体（源文件），所有文件都失效变红
2.硬链接主次不分，只要生成以后，删除谁都不影响。
如：

gec@ubuntu:~$ ls -l
lrwxrwxrwx 1 root root    15 Jan 16 2020 libbsd.so.0 -> libbsd.so.0.8.7

动态库的制作
不管是静态库还是动态库，都是用来被其他程序链接的一个个功能模块。与静态库一致，制作动态库的步骤如下：

将 *.c 编译生成 *.o
将 *.o 编译成动态库

例如：
gec@ubuntu:~$ ls
a.c b.c

# 第一步：将源码编译为 *.o
gec@ubuntu:~$ gcc a.c -o a.o -c -fPIC
gec@ubuntu:~$ gcc b.c -o b.o -c -fPIC
gec@ubuntu:~$ ls
a.c b.c a.o b.o

# 第二步：将 *.o 编译为动态库
gec@ubuntu:~$ gcc -shared -fPIC -o libx.so a.o b.o
gec@ubuntu:~$ ls
a.c b.c a.o b.o libx.so

# 第三步：将连接库生成可执行文件
gec@ubuntu:~$ gcc main.c -o main -L./lib -lx

解释：当前目录lib文件夹下 -l库名库被放在了/lib下
说明：
-L 选项后面跟着动态库所在的路径。
-l 选项后面跟着动态库的名称

如果程序运行时找不到动态库，运行就会失败，例如：

gec@ubuntu:~$ ./main

报错

出现上述错误的原因，就是因为运行程序 main 时，无法找到其所依赖的动态库 libx.so，解决这个问题，有三种办法：
编译时预告：

gec@ubuntu:~$ gcc main.c -o main -L. -lx -Wl,-rpath=/home/gec/lib

设置环境变量：

gec@ubuntu:~$ export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/gec/lib

修改系统默认库路径：（不推荐）

gec@ubuntu:~$ sudo vi /etc/ld.so.conf.d/libc.conf
gec@ubuntu:~$ sudo ldconfig

在以上文件中，添加动态库所在路径即可。注意：此处要小心编辑，一旦写错可能会导致系统无法启动，这是一种污染系统的做法，不推荐。
在gcc中，如果遇到动态库和静态库同名，则会默认优先进行动态链接，如果此时需要用静态链接，可以使用编译选项 -static 达到此目的

gec@ubuntu:~$ ls ./lib  # 假设有两个重名的静态、动态库
libx.a  libx.so
gec@ubuntu:~$
gec@ubuntu:~$ gcc main.c -o main1 -L./lib -lx
gec@ubuntu:~$ gcc main.c -o main2 -L./lib -lx -static
gec@ubuntu:~$ ls -l
total 868
drwxr-xr-x 2 gec gec   4096 1月   4 17:45 lib/
-rwxr-xr-x 1 gec gec   8288 1月   4 17:46 main1 # 默认动态链接
-rwxr-xr-x 1 gec gec 845120 1月   4 17:46 main2 # 指定静态链接
-rw-r--r-- 1 gec gec     56 1月   4 17:42 main.c
gec@ubuntu:~$

很明显可以看到，静态链接的文件尺寸要大得多。

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